Interpretación de un artista de la autolimpieza inducida por la luz de una membrana sucia. Crédito:Laboratorio Nacional Argonne
Los científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía (DOE) han desarrollado un recubrimiento activado por luz para membranas de filtración, del tipo que se usa en las instalaciones de tratamiento de agua, en los sitios de fabricación de semiconductores y dentro de la industria de alimentos y bebidas, para que sean autolimpiables, eliminando la necesidad de apagar los sistemas para repararlos.
Barato y eficaz, Las membranas de filtración de agua han existido durante años, pero siempre han sido vulnerables a la obstrucción de materiales orgánicos e inorgánicos que tapan sus poros con el tiempo. un fenómeno conocido como ensuciamiento.
"Todo lo que introduzcas en el agua se ensuciará tarde o temprano, ", dijo el científico senior de Argonne, Seth Darling.
Darling es director del Centro de Materiales Avanzados para Sistemas de Energía-Agua (AMEWS) de Argonne, un Energy Frontier Research Center (EFRC) patrocinado por el DOE.
"Casi todas las membranas utilizadas en el mundo real funcionan mediante un mecanismo físico, pequeños agujeros que bloquean todo lo que intentas filtrar, ", dijo." Pero no están haciendo química. Eso es lo que buscamos cambiar colocando un recubrimiento en la membrana que le da funcionalidad química ".
"Eso es lo que diferencia nuestro descubrimiento del trabajo anterior en esta área, "dijo Seth Darling, científico senior del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía. "La membrana puede seguir en servicio, eliminando la necesidad de, por ejemplo, apagar un sistema de filtración para limpiar o reemplazar las piezas sucias ".
Si bien quienes trabajan en el área de filtración de agua han tenido cierto éxito en la eliminación, limpieza y sustitución de membranas sucias, el proceso está lejos de ser ideal porque deja fuera de servicio las membranas y, a veces, los sistemas completos de tratamiento de agua.
"Lo que estamos tratando de hacer es evitar esto por completo, "Dijo Darling.
Él y su equipo son nuevos El avance de bajo costo es un cambio de juego para las industrias que dependen de este tipo de tecnología.
El recubrimiento que utilizan está basado en dióxido de titanio, o TiO 2 , que ha sido explorado para aplicaciones de tratamiento de agua durante años debido a su alta estabilidad, no toxicidad, bajo costo y biocompatibilidad.
Darling y su equipo llevaron la tecnología un paso más allá al agregar un poco de nitrógeno a la mezcla. El proceso, llamado dopaje con nitrógeno, hace que la membrana sea sensible a la luz visible. El recubrimiento sirve como catalizador que descompone las incrustaciones, liberándolos de la membrana, haciéndolo así limpio.
"TiO normal 2 funcionaría pero solo con luz ultravioleta, "dijo Huiru Zhang, un estudiante de posgrado que trabajó en el proyecto. "Eso podría tener sentido en algunas situaciones, pero es mucho menos accesible que la luz visible ".
Comparado con TiO regular 2 , TiO dopado con nitrógeno 2 Las membranas recubiertas muestran una eficiencia fotocatalítica 24 veces mayor bajo la luz solar.
El éxito de Argonne en esta área es único:nunca antes los científicos habían podido hacer que las membranas se limpiaran solas mientras todavía funcionaban como un filtro.
"Eso es lo que diferencia nuestro descubrimiento del trabajo anterior en esta área, "Darling dijo." La membrana puede seguir en servicio, eliminando la necesidad de, por ejemplo, apagar un sistema de filtración para limpiar o reemplazar las piezas sucias ".
Darling y su equipo publicaron recientemente sus hallazgos en la revista Materiales funcionales avanzados .
"En principio, nuestro descubrimiento se puede utilizar en cualquier lugar donde haya membranas en el agua, e incluso como recubrimiento de otros componentes en sistemas de agua, "Dijo Darling.
