Un nuevo dispositivo de destilación puede reciclar mejor los contaminantes producidos por una planta de desalinización para reducir drásticamente los desechos.

Cuando el agua de mar se purifica mediante membranas de ósmosis inversa, una salmuera líquida que contiene sales y otras impurezas a menudo se desecha directamente en el medio ambiente. Las estrictas regulaciones están impulsando a las plantas de desalinización a adoptar principios de cero descarga de líquidos para tratar estas aguas residuales. Tecnologías actuales, sin embargo, dependen de costosos tratamientos eléctricos o térmicos para concentrar la salmuera.

Peng Wang y sus colegas del Centro de Reutilización y Desalación de Agua están investigando ahora un enfoque más sostenible KAUST. El equipo está desarrollando dispositivos de destilación fototérmica solar que pueden convertir la luz solar en calor. Cuando se coloca sobre una muestra típica de salmuera líquida, estos dispositivos fototérmicos pueden evaporar agua con un 90 por ciento de eficiencia energética.

Un problema con el uso de dispositivos de destilación solar para aislar el agua limpia de la salmuera es que a medida que el líquido se evapora, hay un fuerte aumento de las concentraciones de sal en el efluente. Esto puede hacer que se forme una costra gruesa sobre el material fototérmico, bloqueando la absorción de la luz solar y reduciendo drásticamente la velocidad de destilación.

Wang y sus colegas observaron cómo la sal se precipitaba sobre el piso, membranas en forma de disco para comprender mejor la formación de costras. Los experimentos de destilación solar mostraron que la estructura multicapa de sílice-carbono-sílice de sus membranas evaporaba eficientemente el agua pura, pero no salmuera. Después de algunas horas, aparecieron cristales de sal en los bordes del disco, eventualmente extendiéndose para cubrir la mayor parte de la membrana, con la excepción del mismísimo centro.

"Cuando analizamos estas imágenes, nos enfocamos en las áreas centrales que siempre están destapadas incluso con diferentes concentraciones de sal, "dice Wang." Nos ayudaron a darnos cuenta de que el diseño estructural puede ser la clave para un mayor rendimiento, en lugar de síntesis material ".

Usando un modelo simple, los investigadores dedujeron que el diámetro interior del anillo de la corteza se podía predecir a partir de la concentración de sal de la salmuera. Plantearon la hipótesis de que al doblar la membrana plana en una nueva forma (una copa tridimensional con una base circular del tamaño exacto de la zona libre de sal) podrían inducir la precipitación de sales en el lado de la copa por encima de la interfase líquida.

Las pruebas con la copa 3-D produjeron resultados notables:con relaciones de altura / base optimizadas, el dispositivo recuperó casi el 100 por ciento de la salmuera como sal sólida y pudo funcionar durante días sin mantenimiento.

"Los conocimientos de este trabajo son bastante valiosos a medida que avanzamos y evaluamos cómo funciona el evaporador solar 3D con salmueras de desalinización reales, "dice Wang.