Στο πλαίσιο της παγκόσμιας μετάβασης προς την πράσινη, ανάπτυξη με χαμηλές-εκπομπές άνθρακα και την υιοθέτηση βιώσιμων αρχών, βιομηχανίες όπως τα χημικά, τα φαρμακευτικά προϊόντα και η επεξεργασία τροφίμων επιβάλλουν υψηλότερες απαιτήσεις για αποτελεσματικές και φιλικές προς το περιβάλλον τεχνολογίες διαχωρισμού. Η τεχνολογία νανοδιήθησης οργανικών διαλυτών (OSN), ως βασική διαδικασία για την επίτευξη του διαχωρισμού ακριβείας σε μοριακό-επίπεδο, επεκτείνεται σταδιακά από τα παραδοσιακά-υλικά με βάση τα ορυκτά σε συστήματα βιολογικών-υλικών. Η εισαγωγή πρώτων υλών βιομάζας, όπως η χιτοζάνη, όχι μόνο παρέχει μια νέα προοπτική επιλογής υλικού για την τεχνολογία μεμβρανών OSN, αλλά επίσης ανοίγει καινοτόμους δρόμους σε δομικό σχεδιασμό, ρύθμιση απόδοσης και σενάρια εφαρμογής. Αυτό το άρθρο στοχεύει να διερευνήσει την πρόοδο της έρευνας και τις μελλοντικές κατευθύνσεις των μεμβρανών OSN που βασίζονται σε βιολογικά-από νέες προοπτικές στην τεχνολογική ανάπτυξη.
Όσον αφορά τον δομικό σχεδιασμό, η ανάπτυξη μεμβρανών OSN που βασίζονται σε βιολογικά-καταδεικνύει μια μετατόπιση παραδείγματος από την "παθητική σύνθεση" στην "ενεργητική κατασκευή". Στην παραδοσιακή κατασκευή σύνθετων μεμβρανών, το φαινόμενο της διείσδυσης πόρων συχνά οδηγεί σε μια εγγενή σύγκρουση μεταξύ της αντίστασης μεταφοράς μάζας και της πρόσφυσης μεταξύ των στρωμάτων. Πρόσφατα, οι ερευνητές πρότειναν μια στρατηγική κατασκευής «όπως η δομή της ρίζας» βασισμένη στην αρχή της διεπιφανειακής αστάθειας, εμπνευσμένη από τον μηχανισμό σχηματισμού των ριζικών συστημάτων των φυτών. Αυτή η τεχνολογία αξιοποιεί το συνεργιστικό αποτέλεσμα της αντίδρασης και της διάχυσης μεταξύ αλκαλικών διαλυμάτων προ-διαβροχής και όξινης χύτευσης για να σχηματίσει ένα λεπτό, συνεχές δίκτυο ινών χιτοζάνης εντός του υποστρώματος. Αυτή η βιομιμητική δομή όχι μόνο ενισχύει σημαντικά την αντοχή σύνδεσης μεταξύ των στρωμάτων αλλά επίσης διατηρεί αποτελεσματικά τα κανάλια μεταφοράς μάζας του υποστρώματος, αυξάνοντας τη διαπερατότητα του καθαρού νερού σχεδόν τριπλάσια. Αυτή η προσέγγιση προσφέρει μια νέα προοπτική για την επίλυση των θεμάτων δομικού σχεδιασμού και ισορροπίας απόδοσης σε σύνθετες μεμβράνες.
Στη ρύθμιση του στρώματος διαχωρισμού, η έρευνα για μεμβράνες OSN που βασίζονται σε βιολογικά-μετατρέπεται από "μονή τροποποίηση" σε "συστηματική ανακατασκευή". Οι πρώτες μελέτες επικεντρώθηκαν κυρίως στην ενίσχυση της σταθερότητας της μεμβράνης μέσω διασύνδεσης ή ανάμειξης, ενώ οι τρέχουσες τεχνολογικές εξελίξεις δίνουν έμφαση στη συστηματική ανακατασκευή των δικτύων διαμοριακής αλληλεπίδρασης. Για παράδειγμα, η εισαγωγή PVA για την κατασκευή ενός συστήματος ασθενούς δεσμού υδρογόνου μπορεί να αυξήσει μέτρια τον ελεύθερο όγκο διατηρώντας παράλληλα την απόδοση απόρριψης. Περαιτέρω τροποποίηση με το -PGA επιτυγχάνει μια μετάβαση από τους δεσμούς υδρογόνου-που κυριαρχούνται στους μηχανισμούς μοριακής αλληλεπίδρασης που κυριαρχούνται από την ηλεκτροστατική δύναμη-. Αυτή η ανακατασκευή των τύπων αλληλεπίδρασης όχι μόνο αυξάνει σημαντικά το κλάσμα ελεύθερου όγκου στο 5,37%, αλλά προκαλεί επίσης θεμελιώδεις αλλαγές στη διαμόρφωση της μοριακής αλυσίδας, οδηγώντας τελικά σε μια τάξη μεγέθους--βελτίωση στη ροή του διαλύτη διατηρώντας παράλληλα την αποτελεσματική απόρριψη των μακρομοριακών διαλυμένων ουσιών. Αυτή η στρατηγική συστηματικής ρύθμισης σε μοριακό επίπεδο παρέχει ένα νέο τεχνικό μονοπάτι για την κατάργηση του παραδοσιακού φαινομένου «εμπορίου{12}}απενεργοποίησης» των υλικών μεμβράνης.
Συνοπτικά, η τεχνολογία μεμβρανών νανοδιήθησης οργανικών διαλυτών με βάση το βιολογικό-προχωρά από την υποκατάσταση υλικού σε βαθύτερα επίπεδα δομικής καινοτομίας και ανακατασκευής μηχανισμών. Η κατασκευή δομών που μοιάζουν με ρίζες- προσφέρει νέες λύσεις στις δομικές αντιφάσεις των σύνθετων μεμβρανών, ενώ η συστηματική ανακατασκευή των διαμοριακών αλληλεπιδράσεων ανοίγει νέους δρόμους για την υπέρβαση των συμφορήσεων απόδοσης. Με την εμβάθυνση της εφαρμογής των αρχών των πράσινων χημικών και τη συνεχή βελτιστοποίηση των διαδικασιών παραγωγής, οι μεμβράνες OSN με βάση το βιολογικό-αναμένεται να διαδραματίζουν όλο και πιο σημαντικό ρόλο στα φαρμακευτικά προϊόντα, τη διύλιση τροφίμων και την ανάκτηση πράσινων διαλυτών. Στο μέλλον, μέσω της διεπιστημονικής ολοκλήρωσης και της βιομηχανικής-ακαδημαϊκής-ερευνητικής συνεργασίας, η τεχνολογία μεμβρανών OSN που βασίζεται σε βιολογικά-θα παρέχει πιο ανταγωνιστικές λύσεις για τον οικολογικό και τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας των διαδικασιών χημικού διαχωρισμού, οδηγώντας τη βιομηχανία προς τους στόχους βιώσιμης ανάπτυξης.
