Investigaciones recientes publicadas en un artículo en TECNOLOGÍA informó sobre un diseño novedoso de una centrífuga de membrana nanoporosa a escala (consulte la Figura 1 (a), (B), (C), y (d)) propuesto para la desalación por ósmosis inversa, con prueba de concepto demostrada a través de simulaciones de dinámica molecular a gran escala.

La tecnología de membranas de separación basada en nanomateriales ha sido aclamada como el cambio de juego en la tecnología de desalinización. sin embargo, Hay dos obstáculos principales para prevenirlo en aplicaciones reales:(1) el desafío de la ampliación, es decir, cómo hacer una máquina desalinizadora a macroescala con membrana nanoporosa, y (2) el problema de las incrustaciones, es decir, cómo evitar que los iones Na + y Cl- bloqueen el tamaño de los poros a nanoescala sin consumir mucha energía. En este trabajo, un equipo de investigadores, compuesto principalmente por estudiantes de posgrado y pregrado de la Universidad de California-Berkeley, han construido un ingenioso diseño de una centrífuga de desalinización ampliada (ver Figura 1) que está decorada con una membrana porosa a nanoescala. Los parches de membrana porosa a nanoescala son parte de la estructura de poros multiescala en la pared de la centrífuga (ver Figura 1 (e) y (f)), de modo que se pueda fabricar fácilmente para la operación de desalinización a escala industrial.

Es más, en este trabajo, hemos realizado una simulación de dinámica molecular a gran escala para demostrar el mecanismo molecular del proceso de desalinización, proporcionando la prueba de concepto del diseño novedoso. La simulación de dinámica molecular ha demostrado de manera convincente que la fuerza centrífuga puede equilibrar la fuerza de ósmosis y proporcionar el empuje del agua que se filtra a través de los poros a nanoescala. Es más, mediante el tratamiento del fluido giratorio en la centrífuga como el flujo Couette, la velocidad angular crítica de la centrífuga se obtiene por primera vez para este tipo de máquinas desalinizadoras o centrífugas. Los resultados de la simulación de dinámica molecular corroboraron la velocidad angular crítica derivada de la mecánica de fluidos a escala continua.

Más significativamente, el equipo de investigación ha descubierto que casi no hay suciedad en la centrífuga de desalinización durante la simulación (ver Figura 2). Se encuentra que la concentración de iones no aumenta al acercarse a la pared de la membrana, en lugar de, baja debido a los efectos combinados de la fuerza de Coriolis y el rechazo de la sal de la pared de la membrana de grafeno, lo que sugiere un gran potencial para este tipo de centrífuga de membrana nanoporosa. El informe se publicará en la edición de marzo de 2018 de la revista TECNOLOGÍA . Como PI del proyecto, Profesor Shaofan Li de UC Berkeley, dijo,

"En medio del cambio climático y los problemas de sostenibilidad del agua y la energía, La centrífuga de nanomembrana propuesta es una tecnología de desalinización innovadora con un mecanismo de autolimpieza y una eficiencia energética significativamente mejorada. Nuestros resultados preliminares indican que la centrífuga de membrana de grafeno tiene un gran potencial para escalar y se convierte en el modelo para los dispositivos de desalinización industrial de próxima generación ''.