Una forma más eficiente de convertir el agua salada en agua potable

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escasez de agua en la Tierra

Cuatro mil millones de personas viven en condiciones de escasez severa de agua

La escasez de agua es un importante problema en todo el mundo. "Afecta a todos los continentes", dice Amir Barati Farimani, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad Carnegie Mellon. "Cuatro mil millones de personas viven en condiciones de escasez severa de agua al menos un mes del año. Medio billón de personas viven bajo una escasez severa de agua durante todo el año".

Sin embargo, incluso cuando las personas luchan sin acceso a agua potable, hay océanos de agua no potable justo afuera de sus puertas. "El 71% de la superficie del mundo está cubierta por agua de mar", dice Barati Farimani. "Entonces, esta es una contradicción muy interesante".

Para combatir este problema, Barati Farimani ha centrado su investigación en la desalinización del agua. Este es el proceso en el que el agua salada del mar se puede transformar en agua dulce.

Hay muchas formas de desalinizar agua, pero una de las más efectivas es la desalinización de membrana. En este método, el agua se empuja a través de una delgada membrana con pequeños agujeros. El agua fluye a través de los poros, pero los iones de sal no pueden, dejando solo agua dulce en el otro lado.

En su última investigación, Barati Farimani explora el potencial de un nuevo tipo de membrana, llamado marco metal-orgánico (MOF). "Estas membranas consisten en un centro metálico y un compuesto orgánico", dice Barati Farimani. El compuesto orgánico y el metal se conectan en un patrón pentagonal, dejando un agujero en el centro que sirve como poro. "Si los miras, son como un panal", agrega Barati Farimani.

Hay un par de razones por las cuales el marco es más efectivo. Primero, es increíblemente delgado. Tiene unos pocos átomos de espesor, lo que significa que hay muy poca fricción a medida que las moléculas de agua pasan a través de los poros.

Además, la colocación de los poros ayuda con la permeación. "Cuando no tienes poros adyacentes, hay una gran presión de la pared sobre las moléculas", dice Barati Farimani. Esto hace que el proceso de desalinización sea menos eficiente. Para entender por qué, imagínate vertiendo agua en un embudo. El agua se mueve más lentamente a través del agujero al final porque es empujada contra las paredes y forzada a través de un espacio pequeño.

metal organic framework (MOF)El MOF, por otro lado, tiene múltiples poros adyacentes. "No hay presión desde el lado de la pared", dice Barati Farimani. "Y eso les da la oportunidad de pasar más fácilmente por los poros". Imagínate esta vez vertiendo agua a través de un filtro: se mueve mucho más rápido, porque tiene múltiples puntos de salida por los que puede escapar.

Finalmente, el MOF tiene más integridad estructural que otros materiales. En la mayoría de los materiales, los científicos tienen que perforar pequeños agujeros para crear los poros necesarios, lo que limita la cantidad que se puede crear por área de superficie. "Si quieres hacer muchos poros, el grafeno o MoS2 no pueden hacer eso", dice Barati Farimani. "Estructuralmente no pueden soportar la presión".

Pero gracias a su estructura de panal, MOF es intrínsecamente poroso. Esto permite una relación más alta de poros al área de superficie. También ahorra tiempo y energía, ya que no es necesario perforar los poros ni ajustar su tamaño.

Las diferencias entre el MOF y otras membranas típicas son notables, tanto en términos de qué tan rápido pasa el agua y cuántos iones se rechazan. Y eso es solo mirar una simulación de algunos poros. Una planta desaladora puede tener miles de millones de poros, aumentando su eficiencia exponencialmente. "En la escala de una operación grande, sería enorme", dice Barati Farimani. "Incluso un ligero aumento en la eficiencia significaría un gran salto".

El artículo de Barati Farimani sobre su investigación fue publicado en Nano Letters, una revista científica mensual revisada por pares publicada por la American Chemical Society. Se suma a una creciente conversación sobre la desalinización del agua y representa un importante paso adelante en el campo.

Además del mundo académico, Barati Farimani espera que su investigación pueda tener un impacto en la vida de las personas. "Necesitamos proporcionar agua dulce para muchas personas desfavorecidas, como en África u otros lugares", dice. "Básicamente esa es nuestra misión: hacer que sea tan eficiente en energía que tengamos desalinización de agua en todas partes".

Artículo científico: Water Desalination with Two-Dimensional Metal–Organic Framework Membranes

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