Separační schopnosti nanoporézních celulózových membrán v organických rozpouštědlech

Celulóza, jakožto obnovitelný materiál s unikátními vlastnostmi, je s úspěchem využívána i pro přípravu filtrů a membrán v širokém rozsahu aplikací od běžné filtrace až po hranici ultrafiltrace a nanofiltrace, kde velikost pórů dosahuje pouze jednotek nanometrů. Běžně jsou tyto membrány využívány ve vodném prostředí, nicméně vysoká chemická odolnost celulózy ji předurčuje i pro využití v organických rozpouštědlech. Lze ovšem předpokládat, že chování nanoporézních celulózových membrán v nevodných systémech bude odlišné od toho ve vodě.
Skupina dr. Strašáka se dlouhodobě zabývá syntézou funkcionalizovaných karbosilanových dendrimerů pro aplikace v katalýze a molekulární biologii. Klíčovým problémem v syntéze dendrimerů je jejich separace ze směsí a čištění, přičemž oproti klasické organické syntéze je výběr metod omezený. Nanofiltrace, a obzvlášť ta v organických rozpouštědlech, se ukazuje být cenným nástrojem pro purifikaci dendrimerů.
Nedávno publikovaná práce v renomovaném časopise Separation and Purification Technology se zabývá možnostmi využití komerčních celulózových membrán, určených pro ultrafiltraci ve vodě, i pro separace v organických rozpouštědlech, zejména pak tím, jak se v závislosti na polaritě rozpouštědla mění separační schopnosti membrány. Kromě toho, že s klesající polaritou rozpouštědla a z toho plynoucí zhoršující se solvatací celulózy dochází ke zmenšování efektivní velikosti pórů (tj. změně mezní velikosti molekul), se projevila i výrazná závislost relativní rychlosti transportu malých molekul na jejich tvaru a polaritě, která v některých případech může být i důležitější, než vliv velikosti. Výsledky potvrdily, že transport molekul v celulózových membránách s mezní molekulovou velikostí na pomezí ultra- a nanofiltrace už nelze jednoduše popsat jako tok v pórech, protože vzhledem k malé velikosti pórů se silně uplatňují vzájemné interakce mezi materiálem membrány, rozpouštědlem a transportovanou látkou. Získané poznatky umožnují optimalizaci nanofiltračního procesu v organických rozpouštědlech na míru konkrétní separaci.

• Krupková, Alena*, Müllerová, Monika, Petričkovič, Roman, Strašák, Tomáš. On the edge between organic solvent nanofiltration and ultrafiltration: Characterization of regenerated cellulose membrane with aspect on dendrimer purification and recycling. Sep. Purif. Technol. 2023, 310, 123141. doi: 10.1016/j.seppur.2023.123141.