Las cáscaras de camarones, los extractos de plantas y el plástico reciclado han ayudado a los investigadores de la King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) a construir una membrana compuesta de película delgada sostenible, que podría reemplazar a las membranas convencionales cuyo costo ambiental es mayor.
Las membranas compuestas de película delgada se utilizan ampliamente en aplicaciones como el tratamiento de aguas residuales, la separación de gases y la producción de productos químicos. Incluyen un soporte poroso rematado con una capa ultrafina que contiene poros a nanoescala que pueden atrapar moléculas y partículas diminutas, mientras que permiten el paso de disolventes líquidos.
La mayoría de estas membranas están fabricadas con materiales derivados de combustibles fósiles, algunos de los cuales son tóxicos.
Un equipo de investigación liderado por Gyorgy Szekely se dispuso a rediseñar estas membranas utilizando materiales y procesos ecológicos.
El equipo de investigadores fabricó el soporte poroso con plástico reciclado y lo recubrió con un polímero natural no tóxico llamado quitosano, derivado de la cáscara del camarón.
El National Aquaculture Group (Naqua) en Arabia Saudita produce alrededor de 50,000 toneladas de desechos de cáscaras de camarones por año, que se utilizan para producir 135 toneladas de quitosano por año.
Para convertir el quitosano en una membrana nanoporosa, el equipo entrecruzó sus cadenas de polímeros utilizando 2,5-furandicarboxaldehído (FDA), una molécula derivada de desechos vegetales a través de procesos ecológicos.
Los investigadores seleccionaron eucaliptol, producido a partir de las hojas del árbol de eucalipto, como disolvente para esta reacción. También utilizaron un catalizador llamado TMG, una alternativa más ecológica a los compuestos duros que se suelen utilizar para acelerar el entrecruzamiento.
“Convertir abundante biomasa residual disponible en materiales de valor agregado, como esta membrana, no solo resuelven un problema de gestión de desechos, sino que también genera un producto de valor agregado”, dijo Szekely.
El uso de materiales de desecho también significa que la nueva membrana tiene un costo similar al de las membranas convencionales, agregó el investigador.
Después de optimizar el proceso de preparación de la membrana, los investigadores probaron las membranas usando acetona que transportaba moléculas de poliestireno de diferentes longitudes, junto con una molécula más pequeña llamada dímero de metilestireno.
La membrana permitió que la acetona fluyera a un ritmo similar al de las membranas convencionales.
“También puede filtrar moléculas de un tamaño equivalente a colorantes o ingredientes farmacéuticos activos”, manifestó Cong Yang, estudiante del doctorado y miembro del equipo de investigadores.
“Por lo tanto, esta membrana es de aplicación práctica para la industria biomédica, textil, farmacéutica o alimentaria”.
Los investigadores también demostraron que podrían ajustar las propiedades de la membrana con un solvente no tóxico llamado TamiSolve.
Ellos ahora esperan colaborar con las granjas camaroneras locales para garantizar un suministro sostenible de quitosano, así como desarrollar procesos para fabricar las membranas a mayor escala.
