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TECNOLOGIA. Agua de mar potable en minutos con una nueva membrana de desalinización alternativa

 

Esquema del dispositivo de electrohilado coaxial. Fuente: Elsevie

Una nueva membrana de desalación de agua de mar alternativa para producir agua potable.

Según la Organización Mundial de la Salud, alrededor de 785 millones de personas en todo el mundo carecen de una fuente limpia de agua potable. A pesar de la gran cantidad de agua en la Tierra, la mayor parte es agua de mar y el agua dulce representa solo alrededor del 2,5% del total. Una de las formas de proporcionar agua potable limpia es desalar el agua de mar. El Instituto Coreano de Ingeniería Civil y Tecnología de la Construcción (KICT) ha anunciado el desarrollo de una membrana de nanofibras electrohiladas de rendimiento estable para convertir el agua de mar en agua potable mediante un proceso de destilación de membranas.

La humectación de membranas es el problema más desafiante en la destilación de membranas. Si una membrana se humedece durante la operación de destilación de la membrana, se debe reemplazar la membrana. La humectación progresiva de la membrana se ha observado especialmente para operaciones a largo plazo. Si una membrana se moja por completo, la membrana conduce a un rendimiento de destilación de la membrana ineficaz, ya que la alimentación fluye a través de la membrana y conduce a un permeado de baja calidad.

Un equipo de investigación de KICT, dirigido por el Dr. Yunchul Woo, ha desarrollado membranas de nanofibras electrohiladas coaxiales fabricadas mediante una nanotecnología alternativa, la electrohilaturaEsta nueva tecnología de desalinización muestra que tiene el potencial de ayudar a resolver la escasez de agua dulce en el mundo. La tecnología desarrollada puede prevenir problemas de humectación y también mejorar la estabilidad a largo plazo en el proceso de destilación por membrana. Las nanofibras de las membranas deberían formar una estructura jerárquica tridimensional para lograr una mayor rugosidad de la superficie y, por lo tanto, una mejor hidrofobicidad.

Ventajas de la membrana coaxial de nanofibras electrohiladas. Fuente: Elsevier

La técnica de electrohilado coaxial es una de las opciones más favorables y sencillas para fabricar membranas con estructuras jerárquicas tridimensionales. El equipo de investigación del Dr. Woo utilizó poli (fluoruro de vinilideno-co-hexafluoropropileno) como núcleo y aerogel de sílice mezclado con una baja concentración del polímero como cubierta para producir una membrana compuesta coaxial y obtener una superficie de membrana superhidrófoba. De hecho, el aerogel de sílice exhibió una conductividad térmica mucho menor en comparación con la de los polímeros convencionales, lo que condujo a un aumento del flujo de vapor de agua durante el proceso de destilación por membrana debido a una reducción de las pérdidas de calor por conducción.

La mayoría de los estudios que utilizaron membranas de nanofibras electrohiladas en aplicaciones de destilación de membranas funcionaron durante menos de 50 horas, aunque mostraron un alto rendimiento de flujo de vapor de agua. Por el contrario, el equipo de investigación del Dr. Woo aplicó el proceso de destilación por membrana utilizando la membrana de nanofibras electrohiladas coaxial fabricada durante 30 días, que es 1 mes.

El Dr. Woo dijo que "la membrana de nanofibras electrohilada coaxial tiene un gran potencial para el tratamiento de soluciones de agua de mar sin sufrir problemas de humectación y puede ser la membrana adecuada para aplicaciones de destilación de membrana a escala piloto y a escala real".

La membrana coaxial de nanofibras electrohiladas realizó un rechazo de sal del 99,99% durante 1 mes. Según los resultados, la membrana funcionó bien sin problemas de humedad ni suciedad, debido a su bajo ángulo de deslizamiento y propiedades de conductividad térmica. La polarización de la temperatura es uno de los inconvenientes importantes de la destilación por membrana. Puede disminuir el rendimiento del flujo de vapor de agua durante la operación de destilación por membrana debido a las pérdidas de calor por conducción. La membrana es adecuada para aplicaciones de destilación de membrana a largo plazo, ya que posee varias características importantes como, bajo ángulo de deslizamiento, baja conductividad térmica, evitar la polarización de la temperatura y reducir los problemas de humectación e incrustaciones mientras mantiene un alto rendimiento de flujo de vapor de agua sobresaturado.

El equipo de investigación del Dr. Woo señaló que es más importante tener un proceso estable que un alto rendimiento de flujo de vapor de agua en un proceso de destilación de membrana disponible comercialmente. 

Fuente: “Co-axially electrospun superhydrophobic nanofiber membranes with 3D-hierarchically structured surface for desalination by long-term membrane distillation” by Yun Chul Woo, Minwei Yao, Wang-Geun Shim, Youngjin Kim, Leonard D. Tijing, Bumsuk Jung, Seung-Hyun Kim and Ho Kyong Shon, 4 January 2021, Journal of Membrane ScienceDOI: 10.1016/j.memsci.2020.119028

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