UT-onderzoekers laten in een gepubliceerde paper een nieuwe manier zien om anionuitwisselingsmembranen te ontwikkelen. Ze maakten de membranen uit een nieuw soort plastic (saloplastic). De onderzoekers laten ook zien dat hun techniek membranen kan maken die zeer stabiel zijn in extreme omstandigheden zoals een zeer hoge of lage pH. Dit maakt ze bruikbaar voor brandstofcellen of waterontzilting.
Afbeelding 1: Het nieuwe proces van hittepersen van het polyelektrolyt complex leidt tot een transparant membraan met een hoge dichtheid
Schoon, drinkbaar water is altijd een van de belangrijkste bronnen voor de mens geweest om te overleven. Het is dan ook niet gek dat een groeiend tekort aan water in de afgelopen eeuw een grote zorg is geworden. Wereldwijd spannen onderzoekers zich in om dit probleem op te lossen, onder meer door nieuwe technologieën te ontwikkelen om drinkbaar water te maken.
Een van deze technologieën is elektrodialyse voor de ontzilting van zeewater of brak water. Deze techniek vereist een ionenuitwisselingsmembraan dat selectief de ionen uit waterig zout doorlaat, maar tegelijkertijd het water zelf tegengehoudt. Deze membranen produceren is nog een uitdaging en leidt vaak tot dure membranen die niet stabiel zijn in extreme omgevingen met een zeer hoge of een zeer lage pH.
Nieuwe techniek
De onderzoekers vonden een techniek die de problemen van de commercieel gebruikte ionenuitwisselingsmembranen kan oplossen door een zogenaamde saloplast maken. “Bij het mengen van bepaalde positief- en negatief geladen polymeren in water konden we al een poly-elektrolyt complex (PEC) maken dat het best kan worden omschreven als een mozzarella-achtige bol van plastic”, zegt de Vos. “Het grootste probleem bleef de eenvoudige verwerking van dit complex tot een bruikbaar membraan”, voegt Ameya toe.
Hittepers
Na onderzoek van verschillende technieken vonden de onderzoekers dat hittepersen de hoogste kans van slagen had. Bij dit proces wordt de PEC in een mal geplaatst die in een hittepers wordt geplaatst. In het begin sluit de pers zonder extra druk en warmt op tot een temperatuur van tachtig graden Celsius. Na ongeveer twintig minuten, wanneer het materiaal deze temperatuur heeft bereikt, verhoogt de druk tot tweehonderd bar. Dit is vergelijkbaar met de druk ongeveer twee kilometer onder water.
Afbeelding 2: Het eindproduct, een transparante film met hoge dichtheid
Transparante film met hoge dichtheid
De PEC houdt deze omstandigheden vijf minuten vast. Daarna koelt het materiaal af tot 25 graden Celsius. “Het hele proces duurt ongeveer een uur, veel minder dan bij andere gebruikte technieken die tot enkele dagen kunnen duren”, legt Lindhoud uit. Het eindproduct is een transparante film met hoge dichtheid. “Ons plastic is stevig en flexibel en volledig dicht tot op de nanometerschaal”, zegt Bysani. Bovendien is het proces volledig schaalbaar met uitstekende controle over de grootte, dikte en structuur van het membraan.
Toepassingen
Naast ontzilting kan het membraan ook op veel andere manieren gebruikt worden. De stabiliteit bij zeer hoge en lage pH-waarden maakt het geschikt voor brandstofcellen. Ook hangt het relatief eenvoudige productieproces niet af van organische oplosmiddelen, en repareert het materiaal zichzelf in zout water. Mogelijk gaat het hier om het membraan van de toekomst.
Artikel delen
Meer nieuws over Onderzoek, ontwikkeling en innovatie
