Que tal uma dessalinização eficiente da água do mar? Muita água a um preço baixo

O acesso a água potável limpa e segura é uma necessidade que infelizmente é mal atendida em muitas partes do mundo. A dessalinização da água do mar seria de grande ajuda em muitas regiões do mundo, se, é claro, houvesse métodos disponíveis que fossem adequadamente eficientes e com economia razoável.

Nova esperança para o desenvolvimento de maneiras de obter água doce removendo o sal marinho apareceu no ano passado quando pesquisadores relataram os resultados de estudos usando material tipo esqueleto organometálico (MOF) para filtragem de água do mar. O novo método, desenvolvido por uma equipe da Universidade Monash da Austrália, requer significativamente menos energia do que outros métodos, disseram os pesquisadores.

Esqueletos organometálicos MOF são materiais altamente porosos com uma grande área de superfície. Grandes superfícies de trabalho enroladas em pequenos volumes são ótimas para filtragem, ou seja, captura de partículas e partículas em líquido (1). O novo tipo de MOF é chamado PSP-MIL-53 usado para reter sal e poluentes na água do mar. Colocado na água, retém seletivamente íons e impurezas em sua superfície. Em 30 minutos, o MOF foi capaz de reduzir o total de sólidos dissolvidos (TDS) da água de 2,233 ppm (ppm) para menos de 500 ppm. Isso está claramente abaixo do limite de 600 ppm recomendado pela Organização Mundial da Saúde para água potável segura.

1. Visualização do funcionamento de uma membrana organometálica durante a dessalinização da água do mar.

Usando essa técnica, os pesquisadores conseguiram produzir até 139,5 litros de água doce por quilograma de material MOF por dia. Uma vez que a rede MOF esteja “preenchida” com partículas, ela pode ser limpa de forma rápida e fácil para reutilização. Para fazer isso, ele é colocado sob a luz do sol, que libera os sais presos em apenas quatro minutos.

“Os processos de dessalinização por evaporação térmica consomem muita energia, enquanto outras tecnologias, como Osmose Inversa (2), eles têm muitas desvantagens, incluindo alto consumo de energia e produtos químicos para limpeza de membrana e decloração”, explica Huanting Wang, líder da equipe de pesquisa da Monash. “A luz solar é a fonte de energia mais abundante e renovável da Terra. Nosso novo processo de dessalinização à base de adsorvente e o uso da luz solar para regeneração fornecem uma solução de dessalinização com economia de energia e ecologicamente correta.”

2. Sistema de dessalinização de água do mar por osmose na Arábia Saudita.

Do grafeno à química inteligente

Nos últimos anos, surgiram muitas ideias novas para dessalinização de água do mar com eficiência energética. "Jovem Técnico" acompanha de perto o desenvolvimento dessas técnicas.

Escrevemos, entre outras coisas, sobre a ideia dos americanos da Universidade de Austin e dos alemães da Universidade de Marburg, que usar um chip pequeno de um material através do qual flui uma corrente elétrica de tensão desprezível (0,3 volts). Na água salgada que flui dentro do canal do dispositivo, os íons de cloro são parcialmente neutralizados e formados campo elétricocomo nas células químicas. O efeito é que o sal flui em uma direção e a água doce na outra. O isolamento acontece água fresca.

Cientistas britânicos da Universidade de Manchester, liderados por Rahul Nairi, criaram uma peneira à base de grafeno em 2017 para remover efetivamente o sal da água do mar.

Em um estudo publicado na revista Nature Nanotechnology, os cientistas argumentaram que poderia ser usado para criar membranas de dessalinização. óxido de grafeno, em vez de grafeno puro difícil de encontrar e caro. O grafeno de camada única precisa ser perfurado em pequenos orifícios para torná-lo permeável. Se o tamanho do orifício for maior que 1 nm, os sais passarão livremente pelo orifício, portanto, os orifícios a serem perfurados devem ser menores. Ao mesmo tempo, estudos mostraram que as membranas de óxido de grafeno aumentam a espessura e a porosidade quando imersas em água. Equipe médica. Nairi mostrou que o revestimento da membrana com óxido de grafeno com uma camada adicional de resina epóxi aumentou a eficácia da barreira. As moléculas de água podem atravessar a membrana, mas o cloreto de sódio não.

Um grupo de pesquisadores da Arábia Saudita desenvolveu um dispositivo que acredita que efetivamente transformará uma usina de energia de "consumidora" de água em "produtora de água doce". Os cientistas publicaram um artigo descrevendo isso na Nature há alguns anos. nova tecnologia solarque pode dessalinizar a água e produzir ao mesmo tempo eletricidade.

No protótipo construído, os cientistas instalaram um gerador de água na parte de trás. bateria solar. Na luz solar, a célula gera eletricidade e libera calor. Em vez de perder esse calor para a atmosfera, o aparelho direciona essa energia para uma usina que utiliza o calor como fonte de energia para o processo de dessalinização.

Os pesquisadores introduziram água salgada e água contendo impurezas de metais pesados, como chumbo, cobre e magnésio no destilador. O dispositivo transformava água em vapor, que passava por uma membrana plástica que filtrava sal e detritos. O resultado desse processo é água potável pura que atende aos padrões de segurança da Organização Mundial da Saúde. Os cientistas disseram que o protótipo, com cerca de um metro de largura, pode produzir 1,7 litros de água limpa por hora. O local ideal para tal dispositivo é em um clima seco ou semi-seco, próximo a uma fonte de água.

Guihua Yu, cientista de materiais da Austin State University, Texas, e seus colegas de equipe propuseram em 2019 filtrando efetivamente hidrogéis de água do mar, misturas de polímerosque criam uma estrutura porosa e absorvente de água. Yu e seus colegas criaram uma esponja de gel com dois polímeros: um é um polímero de ligação à água chamado álcool polivinílico (PVA) e o outro é um absorvente de luz chamado polipirrol (PPy). Eles misturaram um terceiro polímero chamado quitosana, que também tem uma forte atração pela água. Os cientistas relataram na Science Advances que conseguiram uma produção de água pura de 3,6 litros por hora por metro quadrado de superfície celular, que é a maior já registrada e cerca de doze vezes melhor do que o que é produzido hoje em versões comerciais.

Apesar do entusiasmo dos cientistas, não se sabe que novos métodos ultra-eficientes e econômicos de dessalinização usando novos materiais terão aplicação comercial mais ampla. Até que isso aconteça, tome cuidado.