Crédito:CC0 Dominio público
Un equipo dirigido por investigadores del Imperial College London investigó cómo se mueven las moléculas de agua en un espacio confinado, en este caso a través de una membrana de poliamida (PA) que se usa para eliminar la sal del agua de mar para producir agua dulce.
El estudio podría tener un impacto significativo en los procesos de purificación y desalinización del agua, que son importantes para el agua potable y el agua utilizada para procesos industriales, incluidos los sistemas agrícolas y energéticos.
Anteriormente se había pensado que el agua se comporta dentro de las membranas de manera similar a como se comporta cuando no está atrapada, como cuando el agua se mantiene en un vaso, pero esto parecía poco probable para el profesor Joao Cabral, autor principal del estudio, de Departamento de Ingeniería Química de Imperial.
El profesor Cabral dice que "eso simplemente me sonaba irrazonable:que una molécula confinada en espacios apenas un poco más grandes que el tamaño de las moléculas mismas se movería como si no tuviera trabas".
El equipo de investigación utilizó una técnica experimental llamada dispersión de neutrones casi elástica e inelástica en un reactor nuclear para medir la geometría de los movimientos moleculares del agua y calcular múltiples coeficientes de difusión:qué tan rápido se difundía el agua a través del material de la membrana.
Esto les permitió comprender lo que estaba sucediendo a nivel molecular, y los investigadores midieron las interacciones entre los neutrones y una muestra para interpretar las propiedades de las moléculas de agua.
El profesor Cabral señaló que este tipo de experimentos complejos solo se pueden lograr a través de la colaboración internacional, en este caso a través del trabajo con expertos del Institut Laue-Langevin en Grenoble, Francia.
Diseñando la próxima generación de membranas
La importancia del estudio es que permitirá a los ingenieros que están diseñando la próxima generación de membranas para la desalinización y la purificación del agua consolidar su trabajo con mediciones precisas.
El profesor Cabral dijo que "la gente está tratando de diseñar nuevos materiales y la forma de hacerlo puede ser a través de prueba y error, por lo que los ingenieros intentarán combinar diferentes materiales hasta obtener propiedades superiores".
"Esa forma empírica prácticamente ha tenido su curso, porque las membranas actuales para la desalinización industrial a gran escala todavía se basan en gran medida en las desarrolladas en la década de 1970".
"El campo ha llegado a un punto en el que tiene que suceder algo nuevo".
Una forma de diseñar nuevos materiales es usar simulaciones por computadora, pero estos simuladores no han podido acceder previamente a mediciones experimentales rigurosas para sustentar su trabajo.
El investigador de Imperial agregó que su "estudio ahora permite a cualquier persona que quiera soñar con nuevos materiales anclar y validar su trabajo con estos valores muy precisos de qué tan rápido el agua puede moverse a través de la membrana y con qué mecanismos el agua puede moverse a través de este plástico". hoja."
El estudio, en el que también participaron investigadores del University College London y la Queen Mary University of London, se realizó utilizando una membrana de poliamida (PA), por lo que el próximo paso de la investigación sería examinar el comportamiento de las moléculas de agua en otras membranas.
El profesor Cabral dijo que al equipo de investigación también le gustaría ver cómo se comportan las moléculas de agua en otros escenarios, como cuando se las somete a diferentes niveles de presión o cuando se eliminan diferentes tipos de sales del agua.
La investigación se publica en Nature Communications . ¿El futuro de la desalinización? Una membrana rápida, eficiente y selectiva para purificar el agua salada
