La nueva tecnología de filtrado por membrana ayuda a abordar los problemas de escasez de agua

La membrana podría usarse en sistemas avanzados de tratamiento de agua y otras aplicaciones.

Con el aumento de la población y el desarrollo industrial, la demanda de agua también ha aumentado, lo que ha provocado una escasez de agua más grave. Esto requiere el uso de fuentes de agua no tradicionales, incluidas aguas residuales, agua de mar y agua salobre.

En los últimos años, las tecnologías de membranas se han convertido en la principal herramienta para la reutilización y desalinización del agua debido a su alta eficiencia energética, facilidad de operación y diseño compacto. Algunas de ellas (por ejemplo, la desalinización por ósmosis inversa y el tratamiento de aguas residuales mediante reactores de membrana) ya se aplican en industrias a gran escala.

A pesar de su implementación generalizada, los sistemas de OI han experimentado desde hace mucho tiempo limitaciones en el rendimiento relacionadas con los materiales de las membranas. Las membranas actuales también eliminan mal los solutos neutros de bajo peso molecular y son sensibles a la degradación por los oxidantes utilizados en el tratamiento del agua.

Ahora, investigadores de la Universidad de Colorado Boulder (CU Boulder) han desarrollado un nuevo sistema de filtración de agua por membrana basado en burbujas de aire que puede ayudar a abordar los problemas de escasez de agua en todo el mundo.

Generalmente, los filtros de membrana dependen de la presión para hacer pasar el agua a través de un tamiz para separar el agua de partículas y contaminantes no deseados. El nuevo sistema de membrana utiliza una pequeña capa de burbujas de aire para destilar el agua en lugar de tamizarla. Según los investigadores, este cambio hace que el nuevo sistema sea más permeable y mejor para eliminar impurezas no deseadas que los sistemas de ósmosis inversa comunes.

Las membranas de última generación actuales están sujetas a un equilibrio entre la permeabilidad al agua y la selectividad agua-sal, donde una ganancia en la permeabilidad al agua da como resultado una pérdida en el rechazo de sal. Por el contrario, el equipo observó que las membranas que dependen de un cambio de fase gas-líquido pueden aumentar la permeabilidad sin sacrificar la selectividad agua-sal al disminuir el espesor de la capa de aire.

Para las pruebas de concepto, el equipo fabricó membranas que atrapan aire utilizando sustratos porosos de óxido de aluminio anódico (AAO) modificados con un recubrimiento hidrofóbico controlado.

Dado que la separación se produce debido a un cambio de fase gas-líquido, los investigadores observaron un rechazo casi completo de los solutos disueltos, incluidos el cloruro de sodio, el boro, la urea y la N-nitroso dimetilamina. Las membranas fabricadas con capas de aire de menos de 200 nm de espesor mostraron permeabilidades al agua que superan las de las membranas comerciales sin sacrificar el rechazo de sal. Además, descubrieron que las membranas que atrapan el aire toleran la exposición al cloro y a los oxidantes del ozono.

La tecnología de membranas del equipo podría usarse en sistemas avanzados de tratamiento de agua y otras aplicaciones. "Estos pueden utilizarse para purificar el agua en un grado muy alto cuando se trata de desalinización de agua de mar y en esfuerzos de reutilización de aguas residuales", dijo el profesor asistente Anthony Straub en un comunicado. "También trabajamos en curso con la NASA para utilizar estas membranas para reciclar agua durante las misiones de investigación y exploración espacial".

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