Durante los últimos años, El investigador de la Universidad de Illinois, Kyle Smith, ha demostrado su creciente experiencia en el campo de la desalinización de agua, con una variedad de resultados de investigación que podrían abordar la necesidad inmediata de combatir la disminución de las fuentes de agua limpia en todo el mundo.

Ahora, con una nueva publicación y un nuevo proyecto de investigación financiado por la National Science Foundation, continúa aprovechando su muy elogiado trabajo para desarrollar nuevos métodos de desionización del agua salada.

El papel, "Efecto de los aditivos conductores sobre las propiedades de transporte de electrodos de flujo continuo porosos con partículas aislantes y su optimización para la desionización faradaica, "publicado esta semana en Investigación del agua , demostró resultados prometedores para la desalinización energéticamente eficiente de recursos hídricos alternativos. El trabajo más reciente de Smith, encabezada por su estudiante de doctorado Erik Reale, implica dispositivos de desionización que pueden almacenar y liberar cationes de forma reversible utilizando materiales de intercalación, una clase de materiales comúnmente utilizados para baterías recargables. Este trabajo en particular aborda el desafío de ciclar materiales de intercalación con velocidades rápidas de electrones, ion, y transporte de fluidos, características que son difíciles de lograr simultáneamente en un solo sistema.

Su equipo fabricó electrodos optimizados que contienen partículas análogas de azul de Prusia aislantes, y los usó en una celda experimental de desalinización por intercalación de cationes (CID) con electrodos simétricos. Fueron testigos de los resultados de un aumento de casi 10 veces en la tasa de eliminación de sal a niveles de consumo de energía similares a las demostraciones anteriores de CID.

"Se necesitan altas tasas de eliminación de sal en los dispositivos de tratamiento de agua electroquímicos porque se pueden construir unidades más pequeñas para lograr la misma producción total de agua tratada si la sal se puede eliminar más rápido. Siguiendo esa línea de pensamiento, el costo de capital para construir un sistema será menor para un nivel fijo de productividad del agua, "dijo Smith.

En su nuevo proyecto de investigación de tres años financiado por la NSF, "Habilitación de la desalación de descarga mínima de salmuera mediante reacciones de intercalación, "Smith utilizará materiales de batería para superar la limitación en el volumen de salmuera residual que se produce durante la desalinización del agua mediante ósmosis inversa (RO). La eliminación de la salmuera tiene importantes problemas de sostenibilidad ambiental, incluido el aumento de los terremotos cuando se inyecta en la tierra y el peligro para los ecosistemas acuáticos cuando se desecha en cuerpos de agua. Mientras que la generación de salmuera de RO está dictada por la fuerza impulsora de presión utilizada (y por lo tanto impone limitaciones mecánicas), Smith planea usar campos eléctricos para concentrar iones de sal, cuales, el Propone, podría concentrar sales a niveles cercanos a la saturación en solución.

La Universidad de Illinois informó anteriormente, en 2016, que Smith había descubierto que la tecnología que carga baterías para dispositivos electrónicos podría proporcionar agua dulce de mares salados. Desarrolló un dispositivo novedoso, una batería llena de agua salada con electricidad a través de ella, que usaba agua desionizada con la menor cantidad de energía posible en ese momento. Este trabajo ganó un lugar en la lista de los 10 artículos más leídos del Revista de la Sociedad Electroquímica en 2016.

Solo un año después, en 2017, Smith y su equipo llevaron la desalinización de agua salada un paso más allá, centrándose en nuevos materiales para mejorar la viabilidad económica y la eficiencia energética del proceso en colaboración con Wetsus, el Centro Europeo de Excelencia para la Tecnología del Agua. Crearon un dispositivo similar a una batería que utiliza electrodos hechos de un material que podría eliminar no solo los iones de sodio sino también el potasio. calcio, magnesio, y otros:una mejora tecnológica importante porque el agua salada y las aguas salobres a menudo contienen una mezcla de otras sales como el potasio, calcio, y cloruro de manganeso. Este trabajo fue publicado en la revista Electrochimica Acta .

El presente trabajo experimental también sigue el trabajo publicado por Smith y sus estudiantes que utilizan modelos computacionales del transporte electroquímico para guiar el diseño de celdas de desalinización basadas en baterías. Su grupo también ha utilizado recientemente el modelado mecánico cuántico, combinado con experimentos y análisis termodinámico, comprender cómo los materiales de la batería utilizados en sus celdas de desalinización absorben el sodio, así como magnesio y calcio, a escala atómica.

Más recientemente, Smith ganó el premio ISE-Elsevier de electroquímica aplicada 2018, un reconocimiento basado completamente en su modelado matemático de dispositivos de desalinización basados ​​en baterías. baterías de iones de litio, y baterías de flujo.