Como você limpa a água salgada melhor? Mantendo as ferramentas de dessalinização secas.

Pesquisadores da USC aprofundam a compreensão do projeto de membrana para permitir a dessalinização de fluxos de alta salinidade usando investimento de energia verde ou menor

FOTO/PEXELS, ANNA NEKRASHEVICH.

Crescendo em Seattle, Allyson McGaughey, USC Viterbi School of Engineering Ph.D. '21, nunca se deparou com a realidade diária da seca. No deserto cada vez mais quente e seco de Los Angeles, no entanto, a escassez de água foi revelada - aumentando a urgência de encontrar soluções alternativas de água.

Em pesquisa publicada no Journal of Membrane Science, McGaughey, em coordenação com Amy Childress, USC Viterbi Gabilan Distinguished Professor, revelou novos insights sobre a melhor forma de projetar processos de purificação de água - por exemplo, tratamento de águas residuais em uma instalação de tratamento de água - usando destilação por membrana (MD). MD é um processo que separa o sal da água usando uma membrana fina, seca e porosa. Diferenças moderadas de temperatura levam a água a passar de um lado para o outro.

Para entender isso melhor, pense em um coador de espaguete, mas com furos muito, muito menores. Um fluxo de água derramado através do filtro será "limpo" de certos materiais na água que são grandes demais para passar pelos orifícios do filtro (como os poros de uma membrana), deixando um fluxo "limpo" do outro lado do filtro. Ainda assim, qualquer coisa menor que esses buracos – como o sal dissolvido na água do nosso macarrão – ainda pode passar. Para purificar ainda mais, e se pudéssemos coletar apenas o vapor, ou vapor de água puro? Agora, imagine uma peneira que deixa passar apenas vapor, e não água líquida, pelos furos. Então, mesmo os sais dissolvidos não conseguem passar. Usando uma membrana muito hidrofóbica (com medo de água) que faz exatamente isso, o MD pode ser usado para extrair água dessalinizada pura de córregos contaminados.

O fluxo de água quente de alta salinidade está em um lado da membrana e um fluxo de água pura e fria está no outro. A água aquecida evapora, deixando o sal para trás e formando um vapor, que se transforma em um líquido destilado ao encontrar o fluxo de água fria do outro lado da membrana. IMAGEM/ALLYSON MCGAUGHEY.

O sucesso da destilação por membrana, disseram os pesquisadores, depende em grande parte de projetos de membrana que podem reduzir ou eliminar a umidade acumulada na membrana. Se uma membrana ficar molhada, disseram os pesquisadores, ela pode perder sua eficácia, comprometendo a qualidade da água tratada. Para isso, McGaughey, agora pós-doutorando na Universidade de Princeton, estudou a melhor forma de projetar membranas para que não fiquem excessivamente úmidas e tratem a água com sucesso, eliminando sal e contaminantes e criando um escoamento de alta qualidade ou puro.

Entre as principais descobertas, disse McGaughey, está a redução do tamanho dos poros da membrana ou o aumento da espessura da própria membrana pode aumentar a resistência à água e retardar ou impedir a contaminação do fluxo de água purificada.

As membranas são normalmente feitas de um material sintético hidrofóbico ou resistente à água com poros de 0,1 a 0,5 micrômetros pequenos. McGaughey disse que, embora outros processos sejam tipicamente mais eficientes energeticamente do que a destilação por membrana – por exemplo, um processo chamado osmose reversa – no caso de correntes de água mais salgadas, esses processos mais típicos requerem uma quantidade formidável de pressão para forçar as moléculas de água através da membrana. . Assim, tornando-os menos práticos para o tratamento de riachos muito salgados.

Por outro lado, a destilação por membrana permite que a água mais salgada seja purificada com mais eficiência do que com osmose reversa e permite que os cientistas purifiquem águas residuais mais salgadas que geralmente são descartadas porque não podem ser limpas com eficiência pelos processos tradicionais de tratamento de água.

O problema, disse McGaughey, é que as membranas que filtram as águas residuais podem ficar excessivamente molhadas. "Na osmose reversa, usamos membranas densas que não são porosas, de modo que apenas as moléculas de água passam, mas na destilação por membrana existem orifícios nas membranas que podem permitir a contaminação se ficarem molhadas", disse ela.