Yeşile, düşük-karbonlu kalkınmaya ve sürdürülebilir ilkelerin giderek daha fazla benimsenmesine yönelik küresel geçişin arka planında, kimya, ilaç ve gıda işleme gibi endüstriler, verimli ve çevre dostu ayırma teknolojilerine yönelik daha yüksek talepler ortaya koyuyor. Moleküler-düzeyde hassas ayırma elde etmek için temel bir süreç olan organik solvent nanofiltrasyon (OSN) teknolojisi, geleneksel fosil-tabanlı malzemelerden biyo-tabanlı malzeme sistemlerine doğru giderek genişliyor. Kitosan gibi biyokütle hammaddelerinin piyasaya sürülmesi, yalnızca OSN membran teknolojisi için yeni bir malzeme seçimi perspektifi sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda yapısal tasarım, performans düzenlemesi ve uygulama senaryolarında yenilikçi yollar da açıyor. Bu makale, biyo-tabanlı OSN membranlarının araştırma ilerlemesini ve gelecekteki yönlerini teknolojik gelişime ilişkin yeni perspektiflerden keşfetmeyi amaçlamaktadır.
Yapısal tasarım açısından, biyo-tabanlı OSN membranlarının gelişimi, "pasif birleştirme"den "aktif inşaat"a doğru bir paradigma değişimini göstermektedir. Geleneksel kompozit membran üretiminde gözenek nüfuzu olgusu sıklıkla kütle transfer direnci ile katmanlar arası yapışma arasında doğal bir çatışmaya yol açar. Son zamanlarda araştırmacılar, bitki kök sistemlerinin oluşum mekanizmasından esinlenerek, arayüzey kararsızlığı ilkesine dayanan "kök-benzeri yapı" inşaat stratejisi önerdiler. Bu teknoloji, substrat içinde ince, sürekli bir kitosan elyaf ağı oluşturmak için alkalin ön ıslatma ve asidik döküm çözeltileri arasındaki reaksiyon ve difüzyonun sinerjik etkisinden yararlanır. Bu biyomimetik yapı yalnızca katmanlar arası bağlanma gücünü önemli ölçüde arttırmakla kalmaz, aynı zamanda substratın kütle transfer kanallarını da etkili bir şekilde koruyarak saf su geçirgenliğini neredeyse üç kat artırır. Bu yaklaşım, kompozit membranlardaki yapısal tasarım ve performans dengesi sorunlarının çözümü için yeni bir bakış açısı sunmaktadır.
Ayırma katmanının düzenlenmesinde, biyo-tabanlı OSN membranları üzerine araştırmalar "tek modifikasyon"dan "sistematik yeniden yapılandırma"ya doğru evrilmektedir. İlk çalışmalar öncelikle çapraz bağlanma veya harmanlama yoluyla membran stabilitesinin arttırılmasına odaklanmışken, mevcut teknolojik gelişmeler moleküller arası etkileşim ağlarının sistematik olarak yeniden yapılandırılmasını vurgulamaktadır. Örneğin, zayıf bir hidrojen bağlama sistemi oluşturmak için PVA'nın kullanılması, reddetme performansını korurken serbest hacmi orta derecede artırabilir. -PGA ile daha ileri modifikasyon, hidrojen bağının-baskın olduğu elektrostatik kuvvetin-baskın olduğu moleküler etkileşim mekanizmalarına geçişi başarır. Etkileşim türlerinin bu şekilde yeniden yapılandırılması, yalnızca serbest hacim fraksiyonunu önemli ölçüde %5,37'ye çıkarmakla kalmaz, aynı zamanda moleküler zincirin yapısında temel değişikliklere neden olur ve sonuçta makromoleküler çözünen maddelerin etkili bir şekilde reddedilmesini sürdürürken solvent akışında büyüklük düzeyinde bir iyileşmeye yol açar. Moleküler düzeydeki bu sistematik düzenleme stratejisi, membran malzemelerindeki geleneksel "takas-etkisini kırmak için yeni bir teknik yol sağlar.
Özetle, biyo-tabanlı organik solvent nanofiltrasyon membran teknolojisi, malzeme ikamesinden daha derin düzeyde yapısal yenilik ve mekanizma yeniden yapılandırmasına doğru ilerlemektedir. Kök-benzeri yapıların inşası, kompozit membranların yapısal çelişkilerine yeni çözümler sunarken, moleküller arası etkileşimlerin sistematik olarak yeniden yapılandırılması, performans darboğazlarının üstesinden gelmek için yeni yollar açar. Yeşil kimyasal prensiplerin uygulanmasının derinleştirilmesi ve üretim süreçlerinin sürekli optimizasyonu ile biyo-tabanlı OSN membranlarının farmasötik ürünler, gıda rafinasyonu ve yeşil solvent geri kazanımında giderek daha önemli bir rol oynaması bekleniyor. Gelecekte, disiplinler arası entegrasyon ve endüstri-akademi-araştırma işbirliği aracılığıyla, biyolojik-tabanlı OSN membran teknolojisi, kimyasal ayırma süreçlerinin çevreci hale getirilmesi ve verimliliğinin arttırılması için daha rekabetçi çözümler sunacak ve sektörü sürdürülebilir kalkınma hedeflerine doğru yönlendirecektir.