Dispositivo de desalinización resistente a la corrosión puede manejar agua súper salada

dispositivo de desalinización

Aprovecha una forma bidimensional de nitruro de boro

Los sistemas de desalinización juegan un importante papel en la mejora del acceso al agua dulce, pero algunos tipos de recursos naturales son demasiado salados para que los manejen las soluciones actuales. Tal agua hipersalina puede tener un contenido de sal hasta 10 veces mayor que el agua salada, y ahora los científicos han desarrollado un sistema de desalinización con energía solar que se basa en un recubrimiento especial para luchar contra este enemigo súper salado.

El agua hipersalina se puede producir a través de varios procesos industriales, incluida la producción de petróleo y gas, junto con los enfoques actuales de desalinización que separan el agua dulce y al mismo tiempo crean salmuera concentrada. Esto no puede tratarse con técnicas de desalinización normales, ya que requiere presiones demasiado grandes y, por lo tanto, es costoso y consume mucha energía. Mientras tanto, deshacerse del agua hipersalina suele ser un asunto costoso.

Así que los científicos están trabajando en tecnologías de desalinización de próxima generación que puedan asumir esta exigente tarea, incluido un grupo de la Universidad de Columbia que el año pasado demostró cómo se puede agregar un solvente a la salmuera hipersalina para extraer el contenido de sal de manera eficiente y de bajo costo.

También se afirma que el nuevo avance de la Universidad de Rice es de bajo costo y eficiente, pero adopta un enfoque completamente diferente al aprovechar una forma bidimensional de nitruro de boro.

El nitruro de boro viene en varias formas y tamaños, pero cuando se modela en patrones hexagonales 2D de un solo átomo de espesor, adquiere algunas propiedades muy útiles. A veces llamado "grafeno blanco", este material se ha mostrado prometedor en el desarrollo de electrónica ultradelgada y células solares avanzadas, y ahora el equipo de la Universidad de Rice ha descubierto que podría desempeñar un papel crucial en el tratamiento del agua salada.

detalle del dispositivo de desalinización

Imagen: Un sistema de membrana de destilación en espiral para desalar salmuera hipersalina. Al enrollar el sistema en una bobina se demostró la posibilidad de adoptar un formato común de filtración de agua que ahorra espacio.

Su valor en este tipo de aplicación, descubrió el equipo, radica en cómo puede facilitar mayores diferencias de temperatura en ambos lados de la membrana en un dispositivo de desalinización. En términos generales, a medida que la salmuera fluye por un lado de estas membranas porosas, se calienta mediante un recubrimiento especial, que crea una diferencia de temperatura con el agua dulce fría en el lado opuesto. Esto, a su vez, genera un gradiente de presión que fuerza el vapor de agua a través de la membrana para filtrar las sales y otros contaminantes.

El problema es que el agua hipersalina es más corrosiva cuando se calienta, lo que rápidamente destruye los elementos calefactores del dispositivo y lo vuelve inútil. Y aquí es donde entra el nitruro de boro 2D, con el equipo haciendo crecer las capas hexagonales sobre una malla de alambre de acero inoxidable, que actúa como elemento calefactor y se incorporó a una membrana comercial.

Este forma parte de un dispositivo de desalación alimentado por energía solar, donde nanopartículas activadas por luz fijadas a la membrana recogen del sol toda la energía requerida. En las pruebas, los investigadores encontraron que este diseño podía desalinizar agua hipersalina con salidas "excepcionalmente" altas de agua dulce, a 42 kg (92 lb) por metro cuadrado (11 pies cuadrados) de membrana, que afirman es más de 10 veces mayor de lo que son capaces de hacer las tecnologías actuales de membrana solar ambiental.

Esto fue con el voltaje del elemento calefactor funcionando a la misma frecuencia de 50 Hz de un suministro de CA doméstico y densidades de energía de hasta 50 kW por metro cuadrado. Según los informes, el material mantuvo una excelente estabilidad y demostró una alta conductividad térmica, permeabilidad al vapor y resistencia a la corrosión, gracias al recubrimiento especial.

En particular, el equipo pudo incorporar la tecnología en un sistema de membrana en espiral, lo que es un buen augurio para una solución compacta que podría transportarse y desplegarse según sea necesario. Los investigadores están buscando ahora socios de la industria para ayudar a desarrollar una versión a mayor escala para pruebas de campo.

investigadores del nuevo dispositivo de desalinización

Imagen: Kuichang Zuo (izquierda) y Qilin Li de Rice University ayudaron a desarrollar una tecnología altamente eficiente para desalinizar salmuera de fuerza industrial con un contenido de sal hasta 10 veces mayor que el agua de mar.

"Estamos listos para buscar algunas aplicaciones comerciales", dice Qilin Li, profesor de ingeniería civil y ambiental en la Universidad de Rice. La ampliación del proceso a escala de laboratorio a una gran hoja de CVD 2D requerirá apoyo externo".

La investigación fue publicada en la revista Nature Nanotechnology: Multifunctional nanocoated membranes for high-rate electrothermal desalination of hypersaline waters

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