Membrana de nanotubos
 |
Est artícul o secció necessita ser wikificat en un format adequat a les convencions d'estil de L'Enciclopèdia en valencià . Per favor, edita-lo per a complir en elles. No elimines est avís fins que ho hages fet. ¡Colabora ! També pots ajudar canviant este avís per u més específic. |
Les membranes de nanotubos poden estar formades per un únic nanotubo de carbono obert (CNT) o per una película composta per una matriu de nanotubos orientats perpendicularment a la superfície d'una matriu de película impermeable, com les celes d'un panal. El terme "impermeable" és essencial per a distinguir les membranes de nanotubos de les membranes porosas tradicionals. Els decorreguts i les molècules de gas poden travessar la membrana en massa, pero només a través dels nanotubos. Per eixemple, les molècules d'aigua formen enllaços d'hidrogen ordenats que actuen com a cadenes quan travessen els CNT. Açò dona lloc a un interfaç casi sense fricció o atómicamente suau entre els nanotubos i l'aigua, que es relaciona en una "llongitut d'esmonyida" de l'interfaç hidrófoba. Propietats com la llongitut d'esmonyida, que descriuen el comportament no continu de l'aigua dins de les parets dels poros, no es tenen en conte en els sistemes hidrodinàmics simples i estan absents de l'equació de Hagen-Poiseuille. Les simulacions de dinàmica molecular caracterisen millor el fluix de molècules d'aigua a través dels nanotubos de carbono en una forma variada de l'equació de Hagen-Poiseuille que té en conte la llongitut d'esmonyida.[1][2]
En l'any 2000 es va informar del transport de partícules de poliestireno (de 60 i 100 nm de diàmetro) a través de membranes d'un sol tubo (150 nm).[3] Poc despuix es varen fabricar i varen estudiar membranes de conjunt formades per nanotubos de carbono de paret múltiple i doble.[4] Es va demostrar que l'aigua pot travessar els núcleus de nanotubos grafíticos de la membrana a una velocitat fins a cinc magnituts superior a la que predeciría la dinàmica de decorreguts clàssica, a través de l'equació de Hagen-Poiseuille, tant per als tubos multipared (diàmetro interior de 7 nm)[5] com per als tubos de doble paret (diàmetro interior <2 nm).[6]
En experiments de Holt et al.,[7] es va transportar aigua pura (1,0020 cP de viscosidad ) a través de tres mostres de nanotubos de carbono de doble paret en una matriu de nitrur de silici en distints fluix i gruixa de membrana. Es va descobrir que estes membranes tenien un fluix millorat que era més de tres órdens de magnitut més ràpit que el fluix hidrodinàmic sense esmonyida esperada segons lo calculat per l'equació de Hagen-Poiseuille. Estos resultats per a nanotubos en poros d'1-2 nm de diàmetro corresponien a unes 10-40 molècules d'aigua per nm2 per nanosegundo. En un experiment similar realisat per Mainak Majumder et al.,[8] es varen comprovar les velocitats de decorregut de nanotubos d'uns 7 nm de diàmetro en poliestireno sòlit. Estos resultats varen mostrar de forma similar que els nanotubos tenen llarcs plans d'esmonyida i es va comprovar que les velocitats de fluix eren de quatre a cinc órdens de magnitut més ràpides que les prediccions convencionals de fluix de decorreguts.
Ademés, es va demostrar que el fluix d'aigua a través de les membranes de nanotubos de carbono (sense matriu de farcidura, per lo que fluïx per la superfície exterior dels CNT) pot controlar-se per mig de l'aplicació de corrent elèctrica.[7] Entre els molts usos potencials que podrien tindre algun dia les membranes de nanotubos està la desalinización de l'aigua.
Mitra et al. (8-14) varen ser pioners en una nova arquitectura de producció de membranes basades en CNT. Este método crea una membrana superior per mig de l'immovilisació de nanotubos de carbono en els poros i en la superfície de la membrana. En el seu treball, els CNT s'immovilisen en membranes polimèriques o ceràmiques, lo que conduïx al desenroll d'una estructura de membrana única denominada membrana immovilisada de nanotubos de carbono (CNIM). Açò es va conseguir immovilisant CNT de forma dispersa. Este tipo de membranes són robustes, termoestables i molt selectives. En este cas, l'objectiu és immovilisar els CNT de manera que les seues superfícies queden lliures per a interactuar directament en el solut. La membrana produïda per este método ha mostrat millores espectaculars en el fluix i la selectivitat en diverses aplicacions, com la desalinización del aigua de mar (8,9), l'extracció per membrana (10), la purificació de l'aigua per mig de l'eliminació de substàncies orgàniques volàtils de l'aigua (11) i l'extracció per membrana a microescala per a l'anàlisis de contaminants de l'aigua (12-14).
En 2016, es varen introduir per primera volta membranes CNT a escala comercial de gran format. Inicialment, estes membranes es produïen en un format de làmina plana similar a les que es fabricaven anteriorment en els laboratoris d'investigació, encara que a una escala molt major. En 2017, la companyia va anunciar el desenroll d'una membrana CNT de membrana de fibra hueca, en nanotubos orientats radialmente perpendiculars a la superfície de la membrana, alguna cosa que mai abans s'hi havia conseguit.[8]
En tots els casos, els CNT servixen com poros únics que milloren el transport de massa a través de la membrana, seleccionant en funció del tamany o de l'afinitat química. Per eixemple, en el cas de la desalinización, els CNT milloren el transport d'aigua a l'hora que bloquegen o reduïxen la transmissió de sals, en funció del tamany dels ions de sal hidratados. En el cas de l'eliminació d'orgànics, com en la purificació, pervaporación i extracció d'aigua, les membranes de CNT permean preferentment els orgànics, lo que permet separacions que abans només eren possibles en métodos com la destilació. Un eixemple de separació orgànica/aigua és la separació d'etanol de l'aigua, una aplicació en la que les membranes de CNT mostren una selectivitat casi ideal per al transport d'etanol.[9][10]
Medició de nanoporos en una membrana gravada
[editar | editar còdic]Des de que a finals dels anys xixanta es descobrira la tecnologia de gravat per traçat, les membranes filtrantes en el diàmetro necessari han trobat un us potencial en diversos camps, com la seguritat alimentària, la contaminació ambiental, la biologia, la medicina, les piles de combustible i la química. Estes membranes gravades es fabriquen normalment en polímero per mig del procediment de gravat, durant el qual la membrana de polímero es irradia primer en un fes de ions pesats per a formar pistes i després es creen poros cilíndrics o poros asimètrics a lo llarc de la pista despuix del gravat humit.
Tan important com la fabricació de les membranes filtrantes és la caracterisació i medició dels poros de la membrana. Fins ara, s'han desenrollat uns quants métodos, que poden classificar-se en les següents categories segons els mecanismes físics que exploten: métodos d'obtenció d'imàgens, com la microscopía electrònica d'agranada (SEM), la microscopía electrònica de transmissió (TEM) i la microscopía de força atòmica (AFM); transports de decorreguts, com el punt de bombeta i el transport de gasos; adsorció de decorreguts, com l'adsorció/desorción de nitrogen (BEH), la porosimetría de mercuri, l'equilibri líquit-vapor (BJH), l'equilibri gas-líquit (permoporometría) i l'equilibri líquit-sòlit (termoporometría); conductància electrònica; espectroscòpia ultrasònica; transport molecular.
Més recentment, s'ha propost l'us de la tècnica de transmissió de llum[11] com a método per a medir el tamany dels nanoporos.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ “Water conduction through the hydrophobic channel of a carbon nanotube” (2001). Nature 414 (6860): 188–90. doi:. PMID 11700553. Bibcode: 2001Natur.414..188H.
- ↑ “Making High-Flux Membranes with Carbon Nanotubes” (2006). Science 312 (5776): 1003–4. doi:. PMID 16709770.
- ↑ “Single Carbon Nanotube Membranes: A Well-Defined Model for Studying Mass Transport through Nanoporous Materials” (2000). J. Am. Chem. Soc. 122 (49): 12340–12345. doi:.
- ↑ “Aligned multiwalled carbon nanotube membranes” (2004). Science 303 (5654): 62–5. doi:. PMID 14645855. Bibcode: 2004Sci...303...62H.
- ↑ “Nanoscale hydrodynamics: Enhanced flow in carbon nanotubes” (2005). Nature 438 (7064). doi:. PMID 16267546. Bibcode: 2005Natur.438...44M.
- ↑ “Fast Mass Transport Through Sub-2-Nanometer Carbon Nanotubes” (2006). Science 312 (5776): 1034–7. doi:. PMID 16709781. Bibcode: 2006Sci...312.1034H.
- ↑ 7,0 7,1 (2006).Science.312(5776)
- 1034–7.doi:10.1126/science.1126298.
- ↑ 8,0 8,1 “Nanoscale hydrodynamics: Enhanced flow in carbon nanotubes” (2005). Nature 438 (7064). doi:. PMID 16267546. Bibcode: 2005Natur.438...44M. Erro en la cita: Etiqueta
<ref>no válida; el nombre «Majumder3» está definido varias veces con contenidos diferentes - ↑ Gravelle, Simon. “Carbon membranes for efficient water-ethanol separation”. The Journal of Chemical Physics 145 (12): 124708. doi:. ISSN 0021-9606. PMID 27782663.
- ↑ Winarto. “Separation of water–ethanol solutions with carbon nanotubes and electric fields” (en). Physical Chemistry Chemical Physics 18 (48): 33310–33319. doi:. PMID 27897278.
- ↑ Chemical Communications.49(97)
- 11415–7.doi:10.1039/c3cc45841i.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Membrana de nanotubos» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.