Membran nanopori adalah alat yang berharga untuk menyaring kotoran dari air dan berbagai aplikasi lainnya. Namun, masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan untuk menyempurnakan desain mereka.
Baru-baru ini, laboratorium Prof. Amir Haji-Akbari menunjukkan bahwa penempatan lubang berukuran nano pada membran dapat membuat perbedaan besar. Hasilnya dipublikasikan di ACS Nano.
Membran nanopori. Kredit gambar: Universitas Yale
Dalam beberapa tahun terakhir, membran nanopori yang terbuat dari graphene, polimer, silikon dan bahan lainnya telah berhasil digunakan untuk memisahkan gas, desalinasi air, penyaringan virus, pembangkit listrik, penyimpanan gas, dan pengiriman obat. Namun, menciptakan membran yang memungkinkan semua molekul yang tepat melewatinya sambil mencegah masuknya molekul yang tidak diinginkan terbukti rumit.
Untuk desalinasi air, misalnya, membran harus memiliki permeabilitas yang tinggi terhadap air dan cukup menghalangi zat terlarut ionik dan molekul kecil, serta pengotor lainnya. Namun para peneliti telah menemukan bahwa peningkatan permeabilitas suatu membran sering kali menurunkan selektivitasnya, dan sebaliknya.
Salah satu pendekatan yang menjanjikan adalah mengoptimalkan kimia dan geometri pori-pori nano yang terisolasi untuk mencapai permeabilitas dan selektivitas yang diinginkan, dan menempatkan pori-pori tersebut sebanyak mungkin dalam membran nanopori. Namun, bagaimana pori-pori yang bertetangga saling mempengaruhi satu sama lain masih belum jelas.
Pada skala nano, molekul yang berinteraksi dengan dinding pori dapat menunjukkan perilaku yang bertentangan dengan teori konvensional. Laboratorium Haji-Akbari mengeksplorasi apakah mereka dapat merancang sistem membran inovatif dengan peningkatan presisi dan efisiensi dengan menyempurnakan pori-pori nano.
Dengan simulasi komputer, tim peneliti Haji-Akbari menemukan bahwa kedekatan skala nano antar pori-pori dapat berdampak buruk pada permeabilitas air dan penolakan garam. Secara khusus, mereka menciptakan simulasi membran dengan berbagai pola penempatan pori, termasuk kisi heksagonal (gambar di atas) dan kisi sarang lebah (benar). Apa yang mereka temukan adalah bahwa pola heksagonal, yang memungkinkan jarak antar pori lebih jauh, memiliki kinerja permeabilitas/selektivitas yang lebih besar dibandingkan membran dengan pola sarang lebah.
Efek ini menyimpang dari teori yang sudah ada, kata Haji-Akbari.
Filter nanopore – kesan artistik. Gambar dibuat oleh Alius Noreika menggunakan Copilot Designer
“Asumsi bahwa ketahanan pori tidak bergantung pada kedekatan pori adalah tidak benar,” kata Haji-Akbari, asisten profesor teknik kimia & lingkungan. “Jelas, itu tergantung pada kedekatannya.”
Temuan mereka memberikan wawasan tentang bagaimana efek ini mempercepat pergerakan ion tertentu melalui membran sementara menyebabkan ion lain melambat. Lebih lanjut, hal ini dapat memberikan masukan bagi desain membran nanopori yang lebih baik untuk meningkatkan proses pemisahan seperti desalinasi air dan aplikasi lainnya.
Sumber: Universitas Yale
