En las sofocantes tardes de verano calefacción, Los sistemas de ventilación y aire acondicionado (HVAC) brindan un alivio muy necesario del fuerte calor y la humedad. Estos sistemas, que a menudo vienen con deshumidificadores, actualmente no son energéticamente eficientes, consumiendo alrededor del 76% de la electricidad en edificios comerciales y residenciales.

En un nuevo estudio, Los investigadores de la Universidad de Texas A&M han descrito un material orgánico, llamadas poliimidas, que utiliza menos energía para secar el aire. Es más, los investigadores dijeron que los deshumidificadores a base de poliimida pueden reducir el precio de los sistemas HVAC, que actualmente cuestan miles de dólares.

"En este estudio, Tomamos un polímero existente y bastante robusto y luego mejoramos su eficiencia de deshumidificación, "dijo Hae-Kwon Jeong, Profesor McFerrin en el Departamento de Ingeniería Química de Artie McFerrin. "Estas membranas a base de polímeros, Nosotros pensamos, ayudará a desarrollar la próxima generación de tecnologías de HVAC y deshumidificadores que no solo son más eficientes que los sistemas actuales, sino que también tienen una menor huella de carbono ".

Los resultados del estudio se describen en el Revista de ciencia de membranas .

Los deshumidificadores eliminan la humedad del aire a un nivel cómodo de sequedad, mejorando así la calidad del aire y eliminando los ácaros del polvo, entre otras funciones útiles. Los deshumidificadores más comúnmente disponibles usan refrigerantes. Estos productos químicos deshumidifican al enfriar el aire y reducir su capacidad para transportar agua. Sin embargo, a pesar de su popularidad, los refrigerantes son una fuente de gases de efecto invernadero, uno de los principales culpables del calentamiento global.

Como material alternativo para la deshumidificación, Los materiales naturales conocidos como zeolitas han sido ampliamente considerados por su acción de secado. A diferencia de los refrigerantes, las zeolitas son desecantes que pueden absorber la humedad dentro de sus poros hidrófilos o atrayentes al agua. Aunque estos materiales inorgánicos son verdes y tienen excelentes propiedades de deshumidificación, Los deshumidificadores a base de zeolita plantean desafíos propios.

"La ampliación es un gran problema con las membranas de zeolita, "Dijo Jeong." Primero, las zeolitas son caras de sintetizar. Otro problema proviene de las propiedades mecánicas de las zeolitas. Son débiles y necesitan estructuras de soporte realmente buenas, que son bastante caras, aumentando el costo total ".

Jeong y su equipo recurrieron a un material orgánico rentable llamado poliimidas que son bien conocidos por su alta rigidez y tolerancia al calor y los productos químicos. A nivel molecular, la unidad básica de estos polímeros de alto rendimiento se repite, grupos de imidas en forma de anillo conectados entre sí en largas cadenas. Jeong dijo que las fuerzas de atracción entre las imidas le dan al polímero su resistencia característica y, por lo tanto, una ventaja sobre las zeolitas mecánicamente débiles. Pero las propiedades de deshumidificación del material de poliimida necesitaban mejorarse.

Los investigadores crearon primero una película aplicando cuidadosamente moléculas de poliimida en plataformas de alúmina de unos pocos nanómetros de ancho. Próximo, ponen esta película en una solución de hidróxido de sodio altamente concentrada, desencadenando un proceso químico llamado hidrólisis. La reacción provocó que los grupos moleculares imida se rompieran y se volvieran hidrófilos. Cuando se ve bajo un microscopio de alta potencia, Los investigadores descubrieron que las reacciones de hidrólisis conducen a la formación de carreteras o canales de percolación atractivos para el agua dentro del material de poliimida.

Cuando el equipo de Jeong probó su material mejorado para la deshumidificación, encontraron que su membrana de poliimida era muy permeable a las moléculas de agua. En otras palabras, la membrana era capaz de extraer el exceso de humedad del aire atrapándolos en los canales de percolación. Los investigadores observaron que estas membranas podrían funcionar de forma continua sin necesidad de regeneración, ya que las moléculas de agua atrapadas salen del otro lado mediante una bomba de vacío que se instala dentro de un deshumidificador estándar.

Jeong dijo que su equipo diseñó cuidadosamente sus experimentos para la hidrólisis parcial en la que un número controlado de grupos imida se vuelven hidrófilos.

"La fuerza de las poliimidas proviene de sus fuerzas intermoleculares entre sus cadenas, "Dijo Jeong." Si se hidrolizan demasiadas imidas, entonces nos quedamos con material débil. Por otra parte, si la hidrólisis es demasiado baja, el material no será eficaz para la deshumidificación ".

Aunque las membranas de poliimida han demostrado ser muy prometedoras en su uso potencial en la deshumidificación, Jeong dijo que su desempeño aún está por detrás de las membranas de zeolita.

"Este es un nuevo enfoque para mejorar las propiedades de un polímero para la deshumidificación y es necesario realizar muchas más optimizaciones para mejorar aún más el rendimiento de esta membrana". ", Dijo Jeong." Pero otro factor clave para las aplicaciones de ingeniería es que tiene que ser barato, especialmente si desea que la tecnología sea razonablemente asequible para los propietarios de viviendas. Aún no hemos llegado allí, pero ciertamente estamos avanzando en esa dirección ".