Ionselectief membraan (brainstorm)

[Karl Fischer]

Ik las laatst iets over ionkanalen in celmembranen. (http://nl.wikipedia.org/wiki/Ionkanaal) Door deze kanalen kunnen ionen de cel in en uit. Wat me opviel is de zeer hoge selectiviteit van ionkanalen. De "big five" van de ionen in levende cellen (Na+ K+ Ca++ Mg++ Cl-) hebben hun eigen kanaal dat geen andere ionen doorlaat. Dit bracht me op een idee. Een membraan dat selectief ionen doorlaat heeft natuurlijk enorme mogelijkheden. Denk aan zeewater. Als daar de "big five" selectief uitgehaald kunnen worden blijft een interessant mengsel over van tientallen waardevolle elementen.

Om dit praktisch uit te voeren zijn biologische ionkanalen natuurlijk ongeschikt. synthetische ion-selectieve membranen heb ik niet kunnen vinden dus hier ontstaat een chemische uitdaging: Hoe maak je een ionselectief membraan? Poriegrootte is net als bij natuurlijke ionkanalen essentieel. Ionen (inclusief solvatatie moleculen) zijn natuurlijk extreem klein. Mogelijk bieden lithografische technieken uitkomst om poriën te maken. Met een elektrisch geleidend membraan kunnen de poriën een potentiaal krijgen. Hiermee kunnen mogelijk enkel-geladen ionen van dubbel-geladen ionen worden gescheiden. Mijn eerste gedachte gaat uit naar grafeen (http://en.wikipedia.org/wiki/Graphene) maar verder kom ik niet.

Brainstorm mee. Hoe maak je een ionselectief membraan?

[Marko]

Door eerst eens te Googlen?

[Karl Fischer]

Vrijwel alle ionselectieve membranen die ik via google vond zijn eigenlijk selectieve ionenWISSELAARS. Wat het meest in de buurt komt is dit: http://phys.org/news/2012-06-nanoporous-graphene-outperform-commercial-desalination.html Alleen deze membranen zijn niet selectief.

[Benm]

Denk aan zeewater. Als daar de "big five" selectief uitgehaald kunnen worden blijft een interessant mengsel over van tientallen waardevolle elementen.

Dat gebeurd ook wel, bijvoorbeeld broom wordt gewonnen uit broomrijk zeewater, uit de dode zee, maar ook in de VS. Dat is een proces waarbij middels Cl2 Br- wordt geoxideerd naar Br2, wat vervolgens niet zo moeilijk meer te scheiden is.

Overigens komt ruim het halve periodieke systeem voor in zeewater, maar voor vrijwel alle elementen zijn er rijkere bronnen die gewonnen kunnen worden. Dat maakt zeewater feitelijk tot een weinig interessante grondstof voor industriele productie, zelfs al zou je de 5 meestvoorkomende ionen er goedkoop uit kunnen halen.

[Karl Fischer]

Ik ben niet de eerste die op het idee is gekomen om ionen te scheiden met grafeen: http://www.chem.uic.edu/pkral/paper/joe1.pdf

Met computersimulaties wordt onderzoek gedaan naar nanoporiën in grafeen. Door de grootte en de verschillende atomen aan de rand van de opening (H, N, F) is berekend dat bijvoorbeeld chloride selectief van fluoride kan worden gescheiden. Het vereist nog veel onderzoek voordat dit ook practisch mogelijk wordt maar het begin is er.

Er zijn experimenten gedaan met het winnen van lithium, indium en uraan uit zeewater. Naast het al eerder genoemde broom zijn natuurlijk ook jood, NaCl, KCl en MgCl stoffen die uit zeewater gewonnen worden. En dan heb ik het nog niet eens over desalinatie: het winnen van drinkwater uit zeewater. Genoeg interesse dus voor zeewater als grondstof voor chemicaliën.

Samenstelling zeewater: http://www.seafriends.org.nz/oceano/seawater.htm#composition

[Typhoner]

niemand trekt in twijfel dat het in principe mogelijk zou kunnen zijn. Maar of het rendabel kan is nog een andere zaak. Bij dat gedoe met grafeen zitten we momenteel nog slechts op het niveau van atomistische simulaties, hierna moeten nog eerst experimenten op gebeuren (eerst kleine schaal) en daarna een opschaling naar grotere systemen. Tot slot komt nog de economische haalbaarheid. In elk stadium kan het idee nog worden afgeschoten en, zoals Benm aangeeft, zal dat bijna zeker gebeuren als je naar economische argumenten kijkt.

Neemt niet weg dat het zeer interessant onderzoek is.