غشای «بزرگراه مولکولی» سوپرشارژ که حمل و نقل آب را سرعت می بخشد، می تواند پردازش صنعتی را متحول کند

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

فناوری غشایی جدید که جداسازی مولکول‌ها سریع‌تر و دقیق‌تر را ارائه می‌کند، می‌تواند کارایی و پایداری فرآیندهای صنعتی پر انرژی را بهبود بخشد - از تصفیه مواد شیمیایی و بازیابی منابع ارزشمند تا تولید سوخت‌های پایدار.

محققان مهندسی شیمی دانشگاه کوئینزلند فناوری توسعه داده اند که باعث می شود مولکول ها به طور موثر در غشاها حرکت کنند بدون اینکه بر عملکرد جداسازی تأثیر بگذارند. این مقاله در مجله Science منتشر شده است.

مهندس شیمی Xiwang Zhang، مدیر مرکز UQ Dow برای نوآوری مهندسی پایدار و مرکز تعالی ARC برای تبدیل الکتروشیمیایی سبز دی اکسید کربن، گفت که این پیشرفت به یک چالش طولانی مدت در فناوری غشاء پرداخته است.

او گفت: «اجازه دادن به مولکول‌ها برای حرکت سریع‌تر با حفظ دقت جداسازی استثنایی، به طور بالقوه مصرف انرژی در این فرآیندهای صنعتی را کاهش می‌دهد.»

«صنایع به غشاهایی نیاز دارند که بتوانند حجم زیادی از مواد را به سرعت پردازش کنند، در حالی که فقط به مولکول های مورد نظر اجازه عبور می دهند.

اما هر چه مولکول‌ها سریع‌تر در یک غشاء حرکت کنند، جدا کردن دقیق آن‌ها سخت‌تر می‌شود.

غلبه بر این مبادله یکی از بزرگترین چالش ها در علم غشاء بوده است.

برای مقابله با این مشکل، محققان به درون خود غشاء نگاه کردند و بر کانال‌های کوچکی با عرض کمتر از یک نانومتر، حدود 100000 برابر نازک‌تر از موی انسان تمرکز کردند.

ژانگ گفت: «این کانال‌ها مانند «بزرگراه‌های مولکولی» هستند و جزء حیاتی فناوری غشایی هستند، اما اغلب دارای موانع اصطکاکی و چسبنده هستند.

طراحی مجدد این بزرگراه بسیار دشوار است، بنابراین ما یک سوال ساده پرسیدیم: آیا به جای تغییر اندازه یا شیمی این بزرگراه ها، آیا می توانیم آنها را پویا کنیم تا به مولکول ها کمک کنیم تا سریعتر حرکت کنند؟

وارد کردن یون‌های آمونیوم خود چرخشی به نانو کانال‌ها می‌تواند به طور چشمگیری انتقال مولکولی را بهبود بخشد.

تحرک طبیعی ذرات آمونیاک به تبدیل یک کانال ثابت و ثابت به یک محیط حمل‌ونقل پویا کمک کرد که انتقال انرژی و حرکت کارآمد را بهبود بخشید.

مولکول‌های خود چرخشی مانند یک گردان هستند که به ما کمک می‌کنند تا ترافیک مولکولی را با دقت تنظیم کنیم و در عین حال مولکول‌ها را به سرعت حرکت می‌کنند.

اساسا ما بزرگراه‌ها را ارتقا داده‌ایم تا بهترین‌ها را از هر دو جهان به دست آوریم: سرعت و انتخاب‌پذیری.»

در آزمایش‌های جداسازی اتانول و آب، محققان با موفقیت 10 برابر بهبود دقت جداسازی را در مقایسه با یک غشای فیلتراسیون استاندارد نشان دادند.

ژانگ گفت: "غشاء جدید ما حمل و نقل آب را تقریبا 44٪ و اتانول را 90٪ کاهش داد."

ژانگ گفت گام بعدی تبدیل این فناوری به کاربردهای عملی از جمله جداسازی صنعتی با انرژی کارآمد، بازیابی منابع، استفاده از CO2 و حفاظت از محیط زیست خواهد بود.

هائو ژانگ و همکاران، حمل و نقل سریع و انتخابی با قابلیت پویایی فعال در نانوکانال، علم (2026). DOI: 10.1126/science.aed8319

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →