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Multicomponent nanostructured materials for separation membranes

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Miglioramento della selettività delle membrane di separazione

Numerosi processi industriali richiedono la separazione di componenti in miscele gassose mediante le membrane. Alcuni ricercatori finanziati dall'UE hanno sviluppato nuovi materiali nanostrutturati utilizzandoli in membrane e dimostrandone una migliore permeabilità e selettività.

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La separazione del gas mediante membrane selettivamente permeabili ha numerosi utilizzi, tra cui il recupero del gas idrogeno, la rimozione dell'anidride carbonica (CO2) e la deumidificazione dell'aria. I fautori del progetto Compose ("Multicomponent nanostructured materials for separation membranes") hanno tentato di sviluppare nuovi materiali nanostrutturati caratterizzati da una permeabilità altamente selettiva per la regolazione del flusso di sostanze. Gli sperimentatori si sono focalizzati su due classi di materiali nanostrutturati, ovvero i materiali ibridi e i materiali auto-organizzati. Mentre la separazione selettiva di gas mediante le membrane polimeriche rappresenta un settore in rapida crescita della tecnologia basata sulle membrane, i materiali esistenti sono spesso inadeguati, in quanto la permeabilità viene sacrificata a discapito della selettività e viceversa. I materiali ibridi (formati da componenti organiche e inorganiche), tra cui le membrane a matrici miste (MMM), formate attraverso l'integrazione di particelle inorganiche in strutture polimeriche organiche, danno prova di un enorme potenziale nell'ottica del miglioramento delle proprietà di separazione dei gas. I copolimeri supramolecolari autorganizzati, d'altro canto, si autoassemblano sulla base di proprietà chimiche e fisiche per formare sottili pellicole molto simili alla membrana cellulare che separa in modo selettivo l'ambiente cellulare interno da quello esterno. La comprensione e lo sfruttamento dell'organizzazione della natura fa ben sperare nella creazione di un paradigma completamente nuovo nella tecnologia delle membrane di separazione. Gli sperimentatori hanno prodotto vari tipi di MMM con risultati promettenti. Le membrane composte da nanoparticelle (NP) integrate nei polimeri che comprendono poliacetileni, polimeri a base di cellulosa e gomma polidimetilsilossano hanno dimostrato un'eccellente permeabilità con una selettività notevolmente migliorata. I ricercatori hanno altresì utilizzato una combinazione di autoassemblaggio e di formazione classica di membrane per produrre una membrana con uno strato superiore altamente ordinato e autoassemblato su uno strato di supporto poroso non ordinato. Nell'ambito dell'iniziativa Compose, sono stati sviluppati nuovi materiali nanostrutturati prodotti in membrane di separazione, in grado di migliorare sia la permeabilità sia la selettività. La disponibilità commerciale delle membrane fa ben sperare nel miglioramento del trasporto e della separazione selettivi in una varietà di ambiti con effetti positivi sulle applicazioni europee industriali ed energetiche nonché sul sequestro della CO2 e sul riscaldamento globale.

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