Recurso SURF: Mary O'Sullivan '23 e Huma Jafree '22 Busca por Água Limpa

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Na sala 217 do Copley Science Center, os dutos sobem pela parede como hera e o ar vibra com a corrente elétrica. Lá dentro, dois alunos se recostam em uma mesa de laboratório repleta de tubos de PVC, provetas de vidro e lâmpadas incandescentes para falar sobre trabalho. O tópico da conversa é a destilação por membrana, um método de purificação de água que ambos os alunos pesquisaram neste verão durante seus projetos de bolsa de pesquisa de graduação Schapiro (SURF).

"Entra água salgada, sai água doce", disse Huma Jafree '22, descrevendo o processo que eles acreditam que desempenhará um papel na solução potencial da escassez global de água doce.

Estudante internacional com especialização em Física e especialização em Matemática, Jafree trabalhou no refino de um método de destilação de água chamado destilação por membrana com intervalo de ar. Em seu projeto, intitulado "O efeito do tamanho dos poros e do tamanho do intervalo na destilação por membrana de intervalo de ar", ela aqueceu água salgada em um recipiente até que se transformasse em vapor, após o que passou por uma membrana de polímero poroso para uma segunda câmara. Lá, ela condensou as partículas de vapor em gotículas de água doce, resfriando-as. A tarefa diante dela era ajustar a largura das lacunas de ar e o tamanho dos poros para determinar a forma mais eficiente de destilação de água.

Foi aí que o projeto SURF de Mary O'Sullivan '23 (especialização em Engenharia, dupla especialização em Química e Matemática), intitulado "Fabricação e Caracterização de Membranas Electrospun Fundidas para Uso em Sistemas de Destilação por Membrana", surgiu. procurou a melhor maneira de produzir o mesmo tipo de membrana usado nos experimentos de Jafree por meio de um processo chamado eletrofiação por fusão. Com a ajuda de uma agulha eletrificada aquecida, O'Sullivan derreteu um polímero - no caso dela, polipropileno, encontrado em objetos domésticos como canudos, mamadeiras e recipientes de iogurte - que mais tarde foi montado em membranas fibrosas com tamanhos de poros na escala de mícrons por orientação de computador.

"Nós dois estamos interessados ​​em saber se existe uma espessura de membrana ou tamanho de espaço de ar melhor do que o disponível comercialmente", disse Jafree sobre o trabalho, conduzido sob a tutela do mentor do corpo docente e professor de engenharia Jim McLeskey. "O mercado agora é limitado, então se formos capazes de fazer as membranas do zero, os parâmetros de nossa pesquisa se abrirão de muitas maneiras."

O futuro da dessalinização da água?

Tradicionalmente, os cientistas precisam aquecer a água até seu ponto de ebulição - 100 graus Celsius - para que ela evapore, separando-a do conteúdo de água que eles não desejam, seja sal, amônia ou esgoto. "O bom da destilação por membrana é que você não precisa levar a água ao ponto de ebulição. Ela só precisa estar quente, até 50 graus Celsius, o que significa economia de energia e redução de custos", explicou O'Sullivan.

Jafree elaborou o benefício potencial do processo para os esforços de dessalinização da água, dizendo: "Este poderia ser um sistema que aquece a água do mar usando calor residual ou energia solar e a resfria usando água fria do oceano. Em essência, usaria pouca energia com custos baixos para aquecer a água do oceano à temperatura certa para produzir água doce."

Então, como era um dia típico no laboratório para Jafree e O'Sullivan? "Muito trabalho de preparação", disse O'Sullivan. Isso porque os sistemas dela e de Jafree levaram várias horas para completar uma única "corrida", culminando em uma nova membrana ou em um ciclo completo de destilação de água, respectivamente. Enquanto seus sistemas faziam sua mágica, a dupla se preparava para as apresentações de pôsteres do Simpósio SURF, limpava equipamentos e anotava seus resultados. Às vezes, esses resultados forneciam mais perguntas do que respostas.

O processo faz progresso

Jafree identificou uma falha em seu procedimento apenas três semanas antes de apresentar suas descobertas no Simpósio SURF. Nesse ponto, ela completou 60 execuções com seu sistema de destilação, cada uma durando cerca de três horas. Ela percebeu com uma sensação de desânimo que precisaria realizar cada execução novamente, o que ultrapassaria o escopo de sua bolsa de nove semanas. Ainda assim, ela ficou feliz por ter corrigido o problema quando o fez e que as execuções subsequentes produziram resultados que a deixaram satisfeita.