2020-05-02 06:58:02
团队以亚埃的精度在分离科学领域取得突破

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一支由范德比尔特(Vanderbilt)工程师组成的国际研究团队,是第一个成功分离出尺寸差异非常小的两种离子的人,这是分离科学领域的一项重大进步,具有广泛的潜在应用。

该方法首先实现亚埃级精度的溶质-溶质分离。埃是一亿分之一厘米,或十分之一纳米。从规模上讲,一个埃与一米之间的差值大致等于信用卡的宽度与地球半径之间的差值。

这项工作是范德比尔特,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所,耶鲁大学和其他几家机构之间广泛国际合作的结果。这项进展今天在《自然通讯》上在线报道。

该论文的第一作者梁远哲是一名博士学位。工学院跨学科材料科学课程的学生。林世宏,土木与环境工程助理教授,是梁的顾问,也是该项目的三位相应作者之一。

使这项工作有意义的是其使用纳米制造进行溶质-溶质分离。纳滤非常有效,相对成熟,已在实践中被广泛使用。但是在大多数情况下,它用于从溶剂中分离离子和小分子,而不是彼此分离。

作者发现,实现溶质-溶质分离的关键是使用孔径高度均一的膜,这样它们可以滤除比孔大但不比孔小的溶质。但是到达那里并非易事。

当前最先进的商业纳米过滤膜是使用界面聚合反应制造的,其中两种化学前体(一种在水相中,另一种在油相中)发生反应。该反应在水/油界面处形成聚合物薄膜,该薄膜充当活性分离层。该层具有埃规模的孔,但是复杂的过程会在几秒钟内发生,因此获得较小,均匀的孔非常具有挑战性。

该团队的新颖方法使用动态的自组装表面活性剂网络,当单体相互结合形成聚合物时,促进特定分子或单体在水/油界面上更快,更均匀地扩散。所谓“表面活性剂组装调节界面聚合”或SARIP的关键在于添加正确种类的表面活性剂,以促进在水/油界面形成非常狭窄且高度均匀的孔径的高度组织化的网络。

该团队评估了哪种类型的表面活性剂效果最好,并证明了该方法也适用于其他成对的表面活性剂或前体。

纳米过滤比电化学和热分离等其他技术更有效且耗能更少,现已被广泛使用,为该团队的发现在许多领域创造了巨大的机会。

作者说:“使用膜精确分离离子和小分子将对能源,水,化学和制药行业产生变革性的影响。”


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