desalinización, agua salada
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| Reducir la energía y, por lo tanto, el coste financiero, así como mejorar la simplicidad de la desalinización del agua, podría ayudar a las comunidades de todo el mundo con acceso deficiente al agua potable. Fuente: © 2022 Itoh et al. |
La escasez de agua es un problema creciente en todo el mundo. La desalinización del agua de mar es un método establecido para producir agua potable, pero conlleva enormes costes de energía.
Por primera vez, los investigadores utilizan nanoestructuras a base de flúor para filtrar con éxito la sal del agua. En comparación con los métodos de desalinización actuales, estos nanocanales fluorados funcionan más rápido, requieren menos presión y menos energía, y son un filtro más eficaz.
Si alguna vez ha cocinado con una sartén antiadherente recubierta de teflón, probablemente haya visto la forma en que los ingredientes húmedos se deslizan fácilmente. Esto sucede porque el componente clave del teflón es el flúor, un elemento liviano que naturalmente repele el agua o es hidrofóbico.
El teflón también se puede usar como revestimiento de tuberías para mejorar el flujo de agua. Tal comportamiento llamó la atención del profesor asociado Yoshimitsu Itoh del Departamento de Química y Biotecnología de la Universidad de Tokio y su equipo. Los inspiró a explorar cómo las tuberías o canales hechos de flúor podrían operar en una escala muy diferente, la nanoescala.
Actualmente, hay dos formas principales de desalinizar el agua: térmicamente, usando calor para evaporar el agua de mar y que se condense como agua pura, o por ósmosis inversa , que usa presión para forzar el agua a través de una membrana que bloquea la sal. Ambos métodos requieren mucha energía, pero las pruebas realizadas con nanocanales fluorados requieren poca energía y también tienen otros beneficios.
El equipo investigador creó membranas de filtración de prueba mediante la síntesis química de anillos de flúor nanoscópicos, que se apilaron e incrustaron en una capa lipídica impermeable, similar a las moléculas orgánicas que forman las paredes celulares. Crearon varias muestras de prueba con nanoanillos de entre 1 y 2 nanómetros. Como referencia, un cabello humano tiene casi 100.000 nanómetros de ancho. Para probar la eficacia de sus membranas, midieron la presencia de iones de cloro, uno de los principales componentes de la sal (el otro es el sodio) a cada lado de la membrana de prueba.
La prueba funcionó varios miles de veces más rápido que los dispositivos industriales típicos y alrededor de 2400 veces más rápido que los dispositivos experimentales de desalinización basados en nanotubos de carbono.
Como el flúor es eléctricamente negativo, repele los iones negativos como el cloro que se encuentra en la sal. Pero una ventaja adicional de esta negatividad es que también descompone lo que se conoce como grupos de agua, esencialmente grupos de moléculas de agua débilmente unidos, para que pasen a través de los canales más rápido.
Las membranas de desalinización de agua a base de flúor del equipo son más efectivas, más rápidas, requieren menos energía para operar y también están hechas para ser muy fáciles de usar, entonces, ¿cuál es el problema?
Actualmente, la forma en que se sintetizan los materiales es relativamente intensiva en energía; sin embargo, esto es algo que esperan mejorar en próximas investigaciones. Y, dada la longevidad de las membranas y sus bajos costes operativos, los costes generales de energía son mucho más bajos que con los métodos actuales.
Paralelamente a estas preocupaciones de fabricación, también se está explorando si se podrían usar membranas similares para reducir el dióxido de carbono u otros productos de desecho indeseables liberados por la industria.
Más información: Yoshimitsu Itoh et al, Ultrafast water permeation through nanochannels with a densely fluorous interior surface, Science (2022). DOI: 10.1126/science.abd0966. www.science.org/doi/10.1126/science.abd0966
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