En el contexto de la transición global hacia un desarrollo ecológico, bajo-carbono y la adopción cada vez más profunda de principios sostenibles, industrias como la química, la farmacéutica y la de procesamiento de alimentos están imponiendo mayores demandas de tecnologías de separación eficientes y respetuosas con el medio ambiente. La tecnología de nanofiltración con disolventes orgánicos (OSN), como proceso clave para lograr una separación de precisión a nivel molecular-, se está expandiendo progresivamente desde los materiales tradicionales de origen fósil-a los sistemas de materiales de origen biológico-. La introducción de materias primas de biomasa como el quitosano no solo proporciona una nueva perspectiva de selección de materiales para la tecnología de membranas OSN, sino que también abre caminos innovadores en el diseño estructural, la regulación del rendimiento y los escenarios de aplicación. Este artículo tiene como objetivo explorar el progreso de la investigación y las direcciones futuras de las membranas OSN de base biológica-desde nuevas perspectivas sobre el desarrollo tecnológico.
En términos de diseño estructural, el desarrollo de membranas OSN de base biológica- demuestra un cambio de paradigma de la "composición pasiva" a la "construcción activa". En la fabricación tradicional de membranas compuestas, el fenómeno de la penetración de los poros a menudo conduce a un conflicto inherente entre la resistencia a la transferencia de masa y la adhesión entre capas. Recientemente, los investigadores han propuesto una estrategia de construcción de "estructura similar a una raíz-" basada en el principio de inestabilidad interfacial, inspirada en el mecanismo de formación de los sistemas de raíces de las plantas. Esta tecnología aprovecha el efecto sinérgico de la reacción y difusión entre las soluciones de prehumectación alcalinas y ácidas para formar una red delgada y continua de fibras de quitosano dentro del sustrato. Esta estructura biomimética no sólo mejora significativamente la fuerza de unión entre capas, sino que también preserva eficazmente los canales de transferencia de masa del sustrato, aumentando casi tres veces la permeabilidad al agua pura. Este enfoque ofrece una nueva perspectiva para resolver los problemas de diseño estructural y equilibrio de rendimiento en membranas compuestas.
En la regulación de la capa de separación, la investigación sobre membranas OSN de base biológica-está evolucionando de una "modificación única" a una "reconstrucción sistemática". Los primeros estudios se centraron principalmente en mejorar la estabilidad de la membrana mediante reticulación o mezcla, mientras que los avances tecnológicos actuales enfatizan la reconstrucción sistemática de redes de interacción intermolecular. Por ejemplo, la introducción de PVA para construir un sistema de enlace de hidrógeno débil puede aumentar moderadamente el volumen libre manteniendo el rendimiento de rechazo. Una modificación adicional con -PGA logra una transición de mecanismos de interacción molecular dominados por enlaces de hidrógeno-a mecanismos de interacción molecular dominados por fuerzas electrostáticas-. Esta reconstrucción de los tipos de interacción no solo aumenta significativamente la fracción de volumen libre al 5,37 %, sino que también induce cambios fundamentales en la conformación de la cadena molecular, lo que en última instancia conduce a una mejora del orden-de-magnitud en el flujo de disolventes y al mismo tiempo mantiene un rechazo eficiente de solutos macromoleculares. Esta estrategia de regulación sistemática a nivel molecular proporciona una nueva vía técnica para romper el tradicional efecto de "compensación" en los materiales de membrana.
En resumen, la tecnología de membranas de nanofiltración con disolventes orgánicos de base biológica-está avanzando desde la sustitución de materiales hasta niveles más profundos de innovación estructural y reconstrucción de mecanismos. La construcción de estructuras similares a raíces-ofrece nuevas soluciones a las contradicciones estructurales de las membranas compuestas, mientras que la reconstrucción sistemática de interacciones intermoleculares abre nuevas vías para superar los cuellos de botella en el rendimiento. Con la implementación cada vez más profunda de principios químicos ecológicos y la optimización continua de los procesos de fabricación, se espera que las membranas OSN de base biológica- desempeñen un papel cada vez más importante en los productos farmacéuticos, el refinado de alimentos y la recuperación de disolventes ecológicos. En el futuro, a través de la integración interdisciplinaria y la colaboración en investigación-industria-académica, la tecnología de membranas OSN de base biológica-proporcionará soluciones más competitivas para la ecologización y la mejora de la eficiencia de los procesos de separación química, impulsando a la industria hacia objetivos de desarrollo sostenible.
