Üçgensel Moleküller Birleştirilerek Sağlam Membranlar Yapıldı
Fotoğraf -1: KAUST bilim insanları, organik çözücü ayrımını daha sürdürülebilir ve daha çevreci hale getirebilecek ultra ince bir membran geliştirdiler. Kredi: KAUST; Ivan Gromicho.
Spesifik molekülleri sıvılardan ayırmak için özel olarak tasarlanmış çok ince membranlar, petrol arıtımında ve ilaç üretiminde verimliliği arttırabilmektedir.Organik çözücülerin (başka bir maddeyi çözen yağlar ve alkoller gibi karbon bazlı sıvılar) filtrelenmesi, her zaman en saf ürünü elde etmesi gereken petrol, kimya ve ilaç şirketleri için çok önemlidir.
Damıtma gibi geleneksel ekstraksiyon yöntemleri çok miktarda enerji harcar, ancak memranlar gibi yeni ortaya çıkan yeşil alternatiflerde başka zorluklarla karşı karşıyadır. Örneğin, gözenekli malzemeler, belirli bir boyut ve şekildeki hedef molekülleri filtrelerken, genellikle yüksek oranda reaktif çözücülere de dayanması gerekir. Deniz suyunu tuzdan arındırmada, tuzu sudan ayırmak için çok verimli bazı membranlar mevcuttur, ancak organik çözücülerdeki daha küçük molekülleri ayırmada o kadar etkili değildirler.
Şimdi, Suudi Arabistan’daki Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden (KAUST) araştırmacılar tarafından yönetilen bir ekip, trianglaminler olarak bilinen dikkatle hazırlanmış moleküler yapı taşlarını kullanarak, organik çözücüleri filtrelemek için ultra ince gözenekli bir membran tasarladılar. Araştırmacılar çalışmalarını Nature Communications’daki bir makalede bildiriyorlar.
KAUST’ta kimya ve çevre bilimi mühendisliği profesörü Suzana Nunes, “Bunu LEGO gibi hayal edebilirsiniz,” diye açıklıyor, “önceden oluşturulmuş içi boş üçgenleri alıp bunları düz bir filmde birleştiriyorsunuz.”diye ekliyor.Önce bu üçgen moleküllerin gözenek boyutunu ve elektrik yükünü tanımlayarak, farklı boyut ve şekillerde molekülleri ayırabilen bir membran oluşturmaya devam ettiler.
Fotoğraf -2: KAUST bilim insanları tarafından geliştirilen membranlar, 48 saat sürekli kullanımdan sonra ve sert maddelere maruz kalmasına rağmen bozulma görülmedi.Test ettikleri diğer membranlardan daha iyi performans gösterdi. Kredi: KAUST; Ivan Gromicho.
Membran kalınlığı da filtreleme verimliliği için bir kritiktir. Nunes, “Daha hızlı filtreleme için, çözücü geçişine karşı gereksiz dirençten kaçınmak için filmin olabildiğince ince olması gerekir” diyor.
Araştırmacılar bu ince membranları elde edebilmek için iki ana membran bileşenini (tereftaloil klorür ve önceden oluşturulmuş triangaminler), karışmayan iki farklı sıvıya (sırasıyla yağ ve su) ekleyerek, bileşenler arasındaki reaksiyonu yalnızca sıvıların buluştuğu arayüzde meydana gelmeye zorladılar. KAUST’daki Gelişmiş Membranlar ve Gözenekli Malzemeler Merkezi’nden, makalenin başyazarı Tiefan Huang, “Bunun birkaç nanometrelik son derece ince bir katman oluşturduğunu gördük, bu şekilde,ticaride yaygın olarak hazırlanan membranlardan çok daha ince oldular.Her film, reaksiyonun ne kadar sürdüğüne bağlı olarak 3.5-10 nm kalınlığındaydı.” diyor.
Araştırmacılar, membranlarını benzer ancak farklı moleküler boyutlara sahip renkli boyalar üzerinde test ettiler. Tüm membranları, mol başına 450 gramdan daha ağır olan renk moleküllerinin en az% 90’ını filtreledi ve test ettikleri diğer membranlara göre çok daha iyi performans gösterdiğini belirttiler. Huang, “Membranların performansı 48 saat sürekli filtrelemeden sonra bozulmadı” diye ekliyor. Ve hatta aseton ve metanol gibi daha sert maddelere maruz kalmaya bile dayandılar diyor.
Fotoğraf -3: Üst sıra: Membran boyutuna göre kesilir, filtrasyon aparatına yerleştirilir ve farklı uygulanan basınçlar altında test edilir. Alt sıra: Trianglamin sulu ve tereftaloil klorür hekzan çözeltileri, ultra ince trianglamin tabakasını hazırlamak için bir ultra-filtreleme membranı üzerine dökülür. Kredi: KAUST; Anastasia Serin
Nunes, “Farmasötikler için moleküler saflaştırma birçok adımı içerebilir” diye açıklıyor. “Bizimki gibi daha seçici ve sağlam membranlar, süreci basitleştirerek daha uygun maliyetli hale getirebilir. Kullandığımız makineler membran endüstrisinde zaten yaygın olarak kullanılmaktadır, bu nedenle üretim için kolayca ölçeklendirilebilir.”diye eklemiştir.
Bu çalışmadaki membranlar, mol başına yaklaşık 400 g moleküller için özel olarak tasarlandı. Nunes, “Bundan sonra, birçok farklı şekil ve boyuttaki molekülleri seçmesi için membranlar yapabilmek ve nihayetinde organik çözücü ayırmayı daha sürdürülebilir hale getirmeye yardımcı olmak için bir yapı taşları portföyü üzerinde çalışacağız.”diye belirtmiştir.
Kaynak: [1] materialstoday.com [2] phys.org
