Mercado de membranas nanoporosas: tamaño de la industria global, participación, tendencias, oportunidades y pronóstico, 2018-2028 segmentado por tipo de material (orgánico, inorgánico, híbrido), por aplicación (tratamiento de agua, celdas de combustible, biomédico, procesamiento de alimentos, otros), por región y competencia

Las membranas nanoporosas son películas o láminas delgadas con poros diminutos, generalmente de menos de 100 nanómetros de tamaño. Estas membranas han surgido como materiales prometedores para diversas aplicaciones, incluida la filtración de agua, la separación de gases, la administración de fármacos y la detección. Sus propiedades distintivas, como alta porosidad, gran área de superficie y tamaño de poro ajustable, las hacen atractivas para una amplia gama de aplicaciones científicas y tecnológicas. La fabricación de membranas nanoporosas se basa en varias técnicas, como la síntesis de plantillas, el autoensamblaje y la litografía de copolímeros en bloque. En el método de síntesis de plantillas, se utiliza un material poroso, como óxido de aluminio anodizado o sílice, como plantilla para crear una membrana nanoporosa. Luego se retira la plantilla, dejando atrás la estructura nanoporosa. En el método de autoensamblaje, se utiliza un surfactante o un copolímero en bloque para crear una micela o una estructura de vesícula, que luego se reticula para formar una membrana nanoporosa. La litografía de copolímeros en bloque implica el uso de un copolímero en bloque, que se autoensambla en un patrón periódico, que luego se transfiere a un sustrato para crear una membrana nanoporosa.

Una de las aplicaciones clave de las membranas nanoporosas es la filtración de agua. Las membranas nanoporosas pueden eliminar impurezas, como bacterias, virus y sales, del agua. El tamaño de poro de la membrana se puede controlar para eliminar selectivamente ciertas impurezas, al tiempo que permite que otras moléculas pasen a través de ella. Esto hace que las membranas nanoporosas sean útiles en la desalinización, el tratamiento de aguas residuales y la purificación del agua.

La creciente demanda de agua limpia para uso industrial y doméstico, junto con la creciente necesidad de tratamiento de aguas residuales y desalinización, está impulsando el crecimiento del segmento de tratamiento de agua. Las membranas nanoporosas pueden eliminar impurezas, como bacterias, virus y sales, del agua. El tamaño de poro de la membrana se puede controlar para eliminar selectivamente ciertas impurezas, mientras se permite que otras moléculas pasen a través de ella, lo que la hace ideal para aplicaciones de filtración de agua.

La creciente demanda de administración dirigida de fármacos y la necesidad de una liberación controlada de fármacos están impulsando el crecimiento de este segmento. Las membranas nanoporosas se pueden utilizar para cargar fármacos, que luego se pueden liberar a un ritmo controlado. Esto tiene aplicaciones potenciales en la administración dirigida de fármacos, donde el fármaco se puede liberar en una ubicación específica del cuerpo.

La administración de fármacos es un área en la que se están explorando las membranas nanoporosas. La gran superficie y la porosidad de la membrana se pueden utilizar para cargar fármacos, que luego se pueden liberar a un ritmo controlado. Esto tiene aplicaciones potenciales en la administración dirigida de fármacos, donde el fármaco se puede liberar en una ubicación específica del cuerpo. En aplicaciones de detección, las membranas nanoporosas se pueden utilizar para detectar varios analitos, como gases, líquidos y moléculas biológicas. La estructura nanoporosa puede mejorar la sensibilidad del sensor, lo que permite detectar bajas concentraciones del analito

Descargar informe de muestra gratuito El uso eficiente de la energía y la creciente demanda de agua limpia impulsan el crecimiento del mercado

Las membranas nanoporosas también se utilizan en aplicaciones relacionadas con la energía, como la separación de gases y el almacenamiento de energía. Las membranas también se pueden utilizar como electrodos en dispositivos de almacenamiento de energía como baterías y supercondensadores. La capacidad de controlar el tamaño de los poros y la química de la superficie de las membranas nanoporosas las hace altamente ajustables para aplicaciones relacionadas con la energía. La creciente necesidad de procesos energéticamente eficientes y la creciente demanda de fuentes de energía alternativas están impulsando el crecimiento del mercado mundial de membranas nanoporosas.

Los avances en nanotecnología están impulsando el crecimiento del mercado de membranas nanoporosas. El desarrollo de nuevos materiales y técnicas de fabricación, junto con un mayor conocimiento del comportamiento de las moléculas a nanoescala, ha llevado a avances significativos en las membranas nanoporosas. Los investigadores están explorando nuevas aplicaciones y optimizando el rendimiento de las membranas nanoporosas, lo que conduce al desarrollo de membranas más eficientes y rentables.

La administración dirigida de fármacos está impulsando el crecimiento del mercado

Principales desafíos a los que se enfrenta el mercado de membranas nanoporosas

Las membranas nanoporosas suelen estar expuestas a condiciones adversas, como alta presión, temperatura y entornos corrosivos. Por lo tanto, su estabilidad y durabilidad son cruciales para su rendimiento a largo plazo. Desafortunadamente, muchas membranas nanoporosas sufren de poca estabilidad y durabilidad, lo que lleva a la suciedad, la degradación y la reducción de la vida útil de la membrana. Los investigadores necesitan desarrollar nuevos materiales y técnicas de fabricación que mejoren la estabilidad y durabilidad de la membrana, haciéndolas adecuadas para su uso a largo plazo en condiciones adversas.

Las membranas nanoporosas están diseñadas para permitir selectivamente el paso de ciertas moléculas mientras retienen otras. Sin embargo, lograr la selectividad y la permeabilidad deseadas puede ser un desafío debido a las complejas interacciones entre la superficie de la membrana y las moléculas que se filtran. Además, la suciedad de la membrana puede reducir la selectividad y la permeabilidad con el tiempo, lo que lleva a una disminución del rendimiento de la membrana. Es necesario comprender mejor los principios fundamentales de la selectividad y la permeabilidad para diseñar membranas nanoporosas más eficientes y efectivas.

Tendencias y desarrollos recientes

• En 2020, investigadores de la Universidad de California, Berkeley, desarrollaron una nueva técnica de impresión 3D para fabricar membranas nanoporosas. La técnica utiliza una impresora 3D para crear una estructura de andamiaje, que luego se recubre con una capa de polímero que se elimina selectivamente para crear nanoporos. La técnica de impresión 3D permite la fabricación de geometrías de membrana complejas con un control preciso del tamaño de los poros.
• Las membranas de matriz mixta son una membrana híbrida que consiste en una matriz nanoporosa y un polímero o relleno metálico. En los últimos años, los investigadores han desarrollado nuevas membranas de matriz mixta con selectividad y permeabilidad mejoradas. Por ejemplo, en 2021, investigadores de la Universidad de Twente (Países Bajos) desarrollaron una membrana de matriz mixta compuesta por óxido de grafeno y zeolita. La membrana demostró una alta permeabilidad y selectividad para aplicaciones de separación de gases. Las membranas autorreparadoras son una nueva clase de membranas que pueden repararse a sí mismas después de sufrir daños. En 2019, investigadores de la Universidad de Maryland desarrollaron una membrana nanoporosa autorreparadora utilizando un recubrimiento de quitosano, un polímero natural que se encuentra en los caparazones de los crustáceos. La membrana demostró una estabilidad y durabilidad mejoradas, lo que la hace ideal para su uso en entornos hostiles. En los últimos años, los investigadores han explorado el uso de membranas nanoporosas para aplicaciones de almacenamiento de energía. Por ejemplo, en 2019, investigadores del MIT desarrollaron un electrodo de membrana nanoporosa para baterías de flujo. La membrana demostró una mayor eficiencia y estabilidad, lo que la convierte en una candidata prometedora para el almacenamiento de energía a gran escala.
• La purificación del agua es una de las aplicaciones más prometedoras de las membranas nanoporosas. En 2021, investigadores de la Universidad de Purdue desarrollaron una nueva membrana para la purificación del agua. La membrana constaba de una capa de óxido de grafeno y una capa de estructura metalorgánica nanoporosa. La membrana demostró una alta selectividad y permeabilidad para aplicaciones de purificación de agua.

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