La preparación cuidadosa de la muestra, la tomografía electrónica y el análisis cuantitativo de los modelos 3D proporcionan una visión única de la estructura interna de las membranas de ósmosis inversa ampliamente utilizadas para el desalinización de agua salada, el reciclaje de aguas residuales y el uso doméstico, según un equipo de ingenieros químicos.
Estas membranas de ósmosis inversa son capas de material con una capa activa de poliamida aromática que permite el paso de las moléculas de agua, pero elimina del 99 al 99.9 por ciento de la sal.
"A medida que el estrés hídrico continúa creciendo, se necesitan mejores materiales de filtración de membrana para mejorar la recuperación de agua, evitar incrustaciones y extender la vida útil del módulo de filtración al tiempo que se mantienen costos razonables para garantizar la accesibilidad en todo el mundo", dijo Enrique Gómez, profesor de ingeniería química,Penn State: "Conocer cómo se ve el material en el interior y comprender cómo esta microestructura afecta las propiedades del transporte de agua, es crucial para diseñar membranas de próxima generación con una vida útil más larga que pueda funcionar bajo un conjunto diverso de condiciones".
Gómez y su equipo observaron la estructura interna de la película de poliamida utilizando una tomografía de microscopía electrónica de transmisión de exploración de campo oscuro anular de alto ángulo HAADF-STEM. La intensidad de la imagen de HAADF-STEM es directamente proporcional a la densidad del material, lo que permite el mapeodel material a resolución a nanoescala.
"Encontramos que la densidad de la capa de poliamida no es homogénea", dijo Gómez. "En cambio, varía a lo largo de la película y, en este caso, es más alta en la superficie".
Este descubrimiento cambia la forma en que los ingenieros piensan acerca de cómo se mueve el agua a través de este material, porque la resistencia al flujo no es homogénea y es más alta en la superficie de la membrana.
HAADF-STEM permitió a los investigadores construir modelos 3D de la estructura interna de la membrana. Con estos modelos, pueden analizar los componentes estructurales y determinar qué características deben permanecer para que la membrana funcione y cuáles podrían manipularse para mejorar la longevidad de la membrana, el antiincrustantey mejorar la recuperación de agua.
Otra característica revelada a través de HAADF-STEM fue la presencia, o más bien la ausencia, de huecos cerrados previamente informados. Los investigadores pensaron que la estructura fina de las membranas contendría espacios vacíos cerrados que podrían atrapar agua y alterar los patrones de flujo. Los modelos 3D muestran que existeHay pocos vacíos cerrados en el material de vanguardia estudiado.
"Las variaciones locales en la porosidad, la densidad y el área de superficie conducirán a una heterogeneidad en el flujo dentro de las membranas, de modo que la química, la microestructura y el rendimiento de las membranas para la ósmosis inversa, la ultrafiltración, la filtración de virus y proteínas, y las separaciones de gases requerirán reconstrucciones en 3Dtécnicas como la tomografía electrónica ", informan los investigadores en un número reciente de Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
A los investigadores les gustaría llevar la resolución de esta técnica a una resolución inferior a 1 nanómetro.
"No sabemos si existen poros sub nanométricos en estos materiales y queremos poder impulsar nuestras técnicas para ver si existen estos canales", dijo Gómez. "También queremos mapear cómo se mueve el flujo a través de estos materiales paraconecta directamente cómo la microestructura afecta el flujo de agua, marcando o manchando la membrana con compuestos especiales que pueden fluir a través de la membrana y visualizarse en el microscopio electrónico ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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