Actualmente, más de 300 millones de personas en todo el mundo dependen del agua desalinizada para una parte o la totalidad de sus necesidades diarias. Esa demanda solo crecerá con poblaciones más grandes y mejores niveles de vida en todo el mundo.
El acceso a los océanos para el agua potable, sin embargo, requiere tecnologías de desalinización que son complicadas y costosas. La tecnología más utilizada para la desalinización es la ósmosis inversa RO, un proceso en el que el agua de mar es forzada a través de una membrana capaz de eliminar sales y otroscontaminantes de molécula pequeña. Si bien el uso de RO continúa aumentando en todo el mundo, muchos de sus inconvenientes, que incluyen un alto consumo de energía y una propensión a que las membranas se deterioren, siguen afectando a la industria.
En la edición actual de ciencia , los investigadores de la Universidad de Connecticut ofrecen un nuevo enfoque para la producción de membranas que nos hace repensar cómo diseñar y usar membranas RO para la desalinización.
Utilizando un enfoque de fabricación aditiva que emplea electropulverización, los científicos de UConn pudieron crear membranas de poliamida ultrafinas y ultra lisas que son menos propensas a ensuciarse y pueden requerir menos energía para mover el agua a través de ellas.
"Las membranas actuales para la ósmosis inversa no están hechas de una manera que permita controlar sus propiedades", dice Jeffrey McCutcheon, profesor asociado de ingeniería química y biomolecular y autor correspondiente del artículo. "Nuestro enfoque utiliza una técnica 'aditiva' quepermite el control de las propiedades fundamentales de una membrana, como el grosor y la rugosidad, que actualmente es imposible con los métodos convencionales ".
Los enfoques convencionales para hacer membranas RO no han cambiado en casi 40 años. El enfoque tradicional para hacer estas membranas se conoce como polimerización interfacial. Este método se basa en una reacción de terminación automática entre una amina en fase acuosa y un monómero de cloruro de ácido en fase orgánicaLas películas de poliamida resultantes, extremadamente delgadas, altamente selectivas y permeables al agua, se convirtieron en la membrana estándar de oro para RO. Sin embargo, a medida que el campo avanzó, la necesidad de controlar mejor esta reacción para permitir membranas de grosor variable yLa rugosidad para optimizar el flujo de agua y reducir las incrustaciones se ha vuelto más apremiante.
El método de UConn proporciona un nivel superior de control sobre el grosor y la rugosidad de la membrana de poliamida. Las membranas de poliamida típicas tienen un espesor entre 100 y 200 nanómetros nm que no se pueden controlar. El método de electrospray de UConn permite la creación controlada de membranas comodelgado como 15 nm y la capacidad de controlar el grosor de la membrana en incrementos de 4 nm, un nivel de especificidad nunca antes visto en esta área. Asimismo, las membranas de RO típicas tienen una rugosidad de más de 80 nm. Los investigadores de UConn pudieron crear membranas con rugosidad tan bajacomo 2 nm. A pesar de estas propiedades únicas, la membrana continuó exhibiendo un alto rechazo de sal y fue robusta cuando se operaba bajo presiones típicas de RO.
"Nuestro enfoque de impresión para hacer membranas de poliamida tiene el beneficio adicional de ser escalable", dice McCutcheon. "Al igual que el electrohilado ha visto mejoras dramáticas en el procesamiento de rollo a rollo, la pulverización eléctrica se puede escalar con relativa facilidad".
Los autores del estudio también concluyen que este tipo de fabricación podría ahorrar en el consumo de productos químicos ya que los baños químicos tradicionales no son necesarios como parte del proceso de fabricación de membranas.
"En el laboratorio, usamos un 95% menos de volumen químico para la fabricación de membranas mediante la impresión en comparación con la polimerización interfacial convencional", dice McCutcheon, profesor de Investigación y Educación en Ingeniería Ambiental de la Escuela de Ingeniería de UConn Al Geib. "Estos beneficios se aumentaríanen la fabricación de membranas a gran escala y hacer el proceso más "verde" de lo que ha sido en los últimos 40 años
Este nuevo enfoque innovador no se limita a la desalinización y podría conducir a mejores membranas para otros procesos de separación.
"Este método no se limita a hacer membranas para RO", dice McCutcheon, quien además de sus deberes académicos también se desempeña como director ejecutivo del Centro Fraunhofer USA para la Innovación Energética en UConn, que se centra en el desarrollo de nuevas membranas aplicadas"De hecho, esperamos que este método permita que se consideren nuevos materiales para una miríada de procesos de separación de membranas, tal vez en procesos donde esos materiales no se usaron, o no se pudieron usar antes".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Connecticut . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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