A luz controla a separação dos iões
Uma membrana recentemente desenvolvida permite influenciar seletivamente a permeabilidade dos iões através da luz e de uma tensão elétrica
Anúncios
O lítio, o magnésio, o potássio e muitos outros iões ocorrem normalmente em conjunto em soluções naturais e técnicas. Separá-los uns dos outros de forma seletiva constitui um desafio, por exemplo, na extração e no processamento de matérias-primas. Investigadores do Instituto Max Planck de Colóides e Interfaces e da Universidade de Alberta, no Canadá, desenvolveram agora uma membrana cuja capacidade de separar iões pode ser modulada através da luz e de um campo elétrico. Nas condições estudadas, a membrana transportou iões de lítio mais de 200 vezes preferencialmente do que iões de magnésio. No caso dos iões de potássio, esta relação foi superior a 500. Os resultados foram agora publicados na revista «Angewandte Chemie».
Como os iões se movem através da membrana
As membranas contêm canais minúsculos através dos quais certos iões podem passar mais facilmente do que outros. No entanto, em sistemas complexos, como as salmouras, a separação de iões é mais desafiante. Os iões estão rodeados por moléculas de água que formam a chamada camada de hidratação, cujo tamanho e resistência variam de ião para ião. Estas diferenças influenciam fortemente a facilidade com que os iões individuais conseguem passar por canais estreitos à escala nanométrica.
Iões monovalentes, como o lítio (Li⁺) ou o potássio (K⁺), possuem uma única carga positiva, enquanto o magnésio (Mg²⁺) possui duas cargas positivas. Devido às suas diferentes hidratações e às suas interações com os nanocanais carregados, os iões movem-se a velocidades diferentes. Os investigadores estão a explorar esta diferença para separar os iões monovalentes dos divalentes.
Uma membrana multicamadas
Os investigadores desenvolveram uma membrana com estrutura hierárquica composta por três componentes. O óxido de alumínio anódico, com nanocanais alinhados, serve de substrato. Por cima deste encontra-se uma fina camada de nitreto de carbono, que constitui o componente fotoativo. A terceira camada consiste num poli(líquido iónico), que é aplicado sobre a camada de nitreto de carbono e forma a superfície com carga positiva da membrana.
O nitreto de carbono permite influenciar o transporte de iões a partir do exterior. Ao iluminar a membrana e, simultaneamente, aplicar uma polarização elétrica, as condições elétricas no interior dos nanocanais carregados alteram-se. Isto permite controlar quais os iões que podem atravessar a membrana.
«A membrana funciona, de certa forma, como um filtro controlável», afirma Enis Oğuzhan Eren, primeiro autor do estudo. «Utilizando luz e um campo elétrico, podemos influenciar quais os iões a que é preferencialmente permitido passar pelos nanocanais.»
A luz melhora a separação de iões
Os investigadores estudaram a extensão deste efeito utilizando, entre outros, iões de lítio e magnésio. Mesmo sem estímulos externos, a membrana demonstrou uma preferência por iões monovalentes em detrimento dos divalentes.
Ao combinar a irradiação de luz com uma tensão aplicada, a seletividade iónica foi significativamente aumentada, atingindo aproximadamente 228 para o lítio em relação ao magnésio e 560 para o potássio em relação ao magnésio, em soluções complexas com múltiplos iões.
Um princípio para o transporte controlável de iões
Os resultados mostram que o transporte de iões através de membranas à escala nanométrica pode ser influenciado não só pela composição química e pela estrutura do material. A luz e a tensão elétrica também podem ser utilizadas para alterar as interações no interior dos canais e, assim, regular especificamente o transporte de diferentes iões.
«Os nossos resultados mostram que o transporte de iões em canais à escala nanométrica pode ser controlado dinamicamente», afirma Paolo Giusto, chefe de grupo no Instituto Max Planck de Colóides e Interfaces e investigador principal do projeto de colaboração bilateral. «Isto estabelece as bases para membranas cujas propriedades de separação podem ser influenciadas por meio da iluminação.»
A longo prazo, este princípio poderá ser de interesse para aplicações em que iões específicos precisam de ser separados seletivamente de soluções complexas. Estas incluem, por exemplo, processos de tratamento e recuperação de matérias-primas. A separação do lítio e do magnésio é particularmente relevante para a extração de lítio, uma vez que o magnésio pode complicar o processo de separação no tratamento de soluções que contêm lítio.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Outras notícias do departamento ciência
Estes produtos podem lhe interessar
