Lograr membranas de desalinización basadas en grafeno menos propensas a los defectos y mejores a la hora de separar

Al incorporar redes compatibles de nanotubos de carbono, los investigadores han desarrollado una forma de mejorar el rendimiento de las membranas basadas en grafeno diseñadas para la desalinización del agua, logrando que sea menos probable que se agrieten y, de este modo, se vea socavado todo el sistema de desalinización.

De acuerdo con las pruebas del material, la nueva membrana híbrida de grafeno muestra una alta permeabilidad al agua y un rendimiento de separación de la sal a escalas previamente inalcanzables. Un material ideal para la desalinización, o eliminación de la sal del agua marina para crear agua dulce potable, debe ser delgado, lo suficientemente fuerte como para resistir un uso prolongado y contener poros de tamaño y distribución uniformes para conseguir una separación iónica eficiente.

Las membranas nanoporosas en 2D de grafeno son muy adecuadas para estos fines y han demostrado en ámbito experimental una desalinización excepcionalmente rápida y eficiente. Sin embargo, a medida que aumenta el área de superficie de estas membranas, se vuelven más propensas a sufrir defectos y daños, lo que reduce significativamente su capacidad para separar las sustancias no deseadas del agua.

Por esta razón, el uso de materiales de nanomalla de grafeno ultrafina se ha visto limitado a demostraciones de prueba de concepto, en las que se han empleado diminutas escamas a escala micrométrica. Todavía no se ha alcanzado una aplicación práctica para estas membranas. En esta ocasión, Yanbing Yang y sus colegas presentan un nuevo método para fabricar membranas de grafeno que supera estas limitaciones técnicas de resistencia a escala. Yang et al. desarrollaron una nanomalla de grafeno (NMG) de un espesor de escala atómica, reforzada gracias una red entretejida de nanotubos de carbono (NTC) de pared simple.

Los NTC dividen físicamente el material de la NMG para formar un marco estructural, no muy diferente del diagrama de Voronoi que dibujan las células de un ala de libélula, y proporcionan estabilidad mecánica a una escala de centímetros. Además, la red de NTC bloquea la propagación de grietas o desgarros en el grafeno, lo que limita los efectos de cualquier daño a un área pequeña. Pruebas adicionales del material han demostrado su elevada capacidad desalinizadora. Según Yang et al., dado que no existen limitaciones fundamentales en la producción de láminas grandes de grafeno reforzado con NTC, las membranas podrían escalarse fácilmente hasta escalas de metros.

En un artículo de Perspective relacionado, Baoxia Mi señala que el estudio representa un "hito importante en el escalado de membranas nanoporosas de grafeno". A pesar de esto, Mi sugiere que la tecnología todavía debe recorrer un largo camino antes de su implementación en sistemas de desalinización reales. (Fuente: AAAS)