ارائه روش سنتز غشاهای ترکیبی با فناوری نانو

به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از ستاد توسعه فناوری نانو،امروزه فناوری غشایی به‌عنوان یک روش موثر و فراگیر برای جداسازی‌های گوناگون در صنایع شناخته شده است. با این وجود، کارهای تحقیقاتی زیادی به منظور توسعه مواد و فناوری‌های جدید در این عرصه در حال انجام است. پلیمرها به‌عنوان پرکاربردترین مواد در زمینه تهیه غشاهای موردنیاز این صنعت در حال رشد بوده و هر روز روش‌های جدیدی برای بهبود و اصلاح کارایی آن‌ها در این خصوص ارائه می‌شود.

با وجود اینکه طی سال‌های طولانی از غشاهای ماتریس ترکیبی (پلیمر-معدنی) برای جداسازی دی‌اکسیدکربن از مخلوط گازها استفاده شده است، اما بسیاری از مواد پیشرفته جدید در سال‌های اخیر به سرعت در حال ظهور بوده‌اند. این پیشرفت‌ها شامل استفاده گسترده از مواد سنتزی عامل‌دار شده است تا قابلیت تهیه غشاهای ترکیبی سازگار فراهم شود و عملکرد جداسازی گاز در این غشاها به طور قابل توجهی ارتقا یابد. امروزه، طیف وسیعی از کارکردهای قابل تصور برای مواد متخلخل وجود دارد که بسیار گسترده‌تر از گذشته است. این موضوع مرهون پیشرفت‌های سریع در طراحی ساختارهای جدید است که موجب ظهور روش جدیدی برای شناسایی و انتخاب صحیح بهترین مواد برای اهداف خاص جداسازی گاز شده است که فرصت‌ها و چشم‌اندازهای جذاب بسیاری را ایجاد کرده است.

خواص مطلوب نانوکامپوزیت‌های هیبریدی میزبان-میهمان که با محصور کردن یک ترکیب نانومقیاس فلزی-آلی (میهمان) در حفره‌های یک نانوساختار معدنی (مهمان) مانند زئولیت سنتز می‌شوند، موجب ارائه یک رویکرد جدید به وسیله تیم تحقیقاتی دانشگاه اراک شده است. از سوی دیگر پلی‌ایمیدهای سنتزی، در حال حاضر به‌عنوان یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین مواد مورداستفاده در تهیه غشاهای تجاری هستند که فناوری تولید آن‌ها تنها در دست مراکز تحقیقاتی بسیار محدودی در چند کشور پیشرفته است.

در پژوهش اخیر که توسط تیم تحقیقاتی دانشگاه اراک صورت گرفته است، روشی ارائه شده است که غشاهایی با کارایی بسیار زیاد از طریق بارگذاری یک نانوساختار هیبریدی میزبان-مهمان در ماتریس پلی­ایمید سنتز شده و تهیه یک نانوکامپوزیت جدید، موردبررسی قرار گرفته است.

راهبرد اصلی و نوآورانه این پژوهش، طراحی و اجرای استفاده همزمان از یک دی ‌آمین، هم برای سنتز مونومر مورداستفاده در ساخت پلی‌ایمید و هم در ساختار کمپلکس هیبریدی فلزی-آلی محصور شده در ساختار زئولیتی (نانوکامپوزیت) است که با این روش نقص روش‌های پیشین در خصوص فقدان سازگاری مناسب در سطح مشترک بین ذره و ماتریس پلیمری از طریق افزایش قابل توجه سازگاری ذره-‌پلیمر به طور قابل توجهی رفع شده است.

همچنین عملکرد جداسازی گاز دی‌اکسیدکربن، از طریق استفاده کاربردی مطلوب از گروه‌های عاملی موجود در ساختار هیبریدی ذره و همچنین پلی ایمید سنتز شده، به شکل چشمگیری افزایش یافته است. نتایج این پژوهش نشان داد که با استفاده از این روش سنتزی جدید، می‌توان سیستم‌های غشایی ترکیبی سازگار هدفمند و مهندسی شده برای اهداف تجاری طراحی نمود.

این پژوهش که توسط تیم تحقیقاتی گروه مهندسی شیمی دانشگاه اراک در سال ۲۰۲۰ میلادی به انجام رسیده در مجله‌ٔ معتبر Journal of Materials Chemistry A به چاپ رسیده است.