Membranas de óxido de grafeno, un material versátil
El grafeno es un material de propiedades únicas. Está constituido por átomos de carbono formando una estructura en panal de abeja, y es ampliamente estudiado por su conductividad. Entre sus derivados, el óxido de grafeno (OG) es uno de los más importantes debido a su versatilidad. Consiste en capas de grafeno con grupos funcionales de tipo hidroxilo, carbonilo, ácido o epóxido en ambas caras y en los extremos del plano, lo que lo hace accesible para la modificación química.
Las propiedades del OG dependen principalmente del método de síntesis utilizado, pudiendo obtenerse monocapas de hasta de un átomo de grosor, o hasta 10 láminas en el material multicapa. El OG es hidrofílico, por lo que puede trabajarse en solución acuosa o en solventes orgánicos. Los grupos funcionales presentes puede modificarse por distintos métodos como reducción, oxidación o exfoliación.
Las láminas de OG, por su estructura, pueden impedir el paso de todo tipo de moléculas excepto el vapor de agua. Así mismo, hay una rápida transmisión de moléculas de agua en el espacio entre las capas. Las moléculas pasan por los poros o extremos de las láminas y son transportadas por canales entre los planos. La formación controlada de nanocanales en cada capa permite realizar exclusión molecular por tamaño y también controlar el flujo de iones.
La posibilidad de sintetizar varias capas de OG facilita la formación de membranas de este material. En las membranas ultradelgadas se usan pocas láminas y el paso de moléculas ocurre por los poros y defectos internos, quedando determinado por el tamaño molecular. En membranas más gruesas, los canales interplanares determinan la selectividad del transporte, pues depende de la formación o no de puentes de hidrógeno con los grupos funcionales del OG. Al manipular el pH, la concentración de sales y la presión del experimento, cambia el ambiente de carga y por ende el rechazo a determinadas moléculas.
Las membranas de OG puro, al tener pocas interacciones entre capas, pueden tener una estructura interlamelar inestable que genera variabilidad en el espaciado entre capas. Se busca regular este espacio mediante agentes entrecruzantes o soportes tipo columna. Para mejorar la resistencia mecánica, pueden incluirse capas de materiales porosos de tipo cerámico o polimérico que sirven como soporte. Puede agregarse OG a membranas poliméricas compuestas a fin de mejorar su hidrofilicidad o selectividad. Actualmente se investigan distintos métodos de modificación de las membranas de OG a fin de mejorar el balance de permeado/rechazo y disminuir sus costos de producción.
Las membranas de OG son usadas para la nanofiltración de gases y de líquidos, por ejemplo: en el proceso de desalinización de agua, en la separación de hidrógeno y otros gases, en la recuperación de solventes orgánicos en procesos industriales, y en el intercambio de protones en celdas de combustible. Pueden también usarse para la purificación de agua, especialmente si se les dopa con nanopartículas metálicas con propiedades antibacterianas. Adicionalmente, alarga la vida de las membranas al prevenir parcialmente su ensuciamiento.
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Óxido de grafeno, dispersión acuosa (354-46371). Con una concentración de 10 mg/mL.
Óxido de grafeno, polvo (357-46361). Material dispersable en agua y solventes orgánicos como carbonato de propileno y N-metilpirrolidona.
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Bibliografía
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