Las separaciones de membranas se han vuelto críticas para la existencia humana, sin mejor ejemplo que la depuración de agua. A medida que la escasez de agua se vuelve más común y las comunidades comienzan a quedarse sin agua barata disponible, necesitan complementar sus suministros con agua desalada de agua de mar y fuentes de agua salobre.

Los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) han creado poros de nanotubos de carbono (CNT) que son tan eficientes para eliminar la sal del agua que son comparables a las membranas de desalinización comerciales. Estos pequeños poros tienen solo 0,8 nanómetros (nm) de diámetro. En comparación, un cabello humano tiene 60, 000 nm de ancho. La investigación aparece en la portada de la edición del 18 de septiembre de la revista. Avances de la ciencia .

La tecnología dominante para eliminar la sal del agua, osmosis inversa, utiliza membranas de material compuesto de película fina (TFC) para separar el agua de los iones presentes en las corrientes de alimentación de solución salina. Sin embargo, persisten algunos problemas fundamentales de rendimiento. Por ejemplo, Las membranas de TFC están limitadas por las compensaciones de permeabilidad-selectividad y, a menudo, tienen un rechazo insuficiente de algunos iones y microcontaminantes traza. requiriendo etapas de purificación adicionales que aumentan la energía y el costo.

Canales de agua biológicos, también conocidas como acuaporinas, proporcionar un plano de las estructuras que podrían ofrecer un mayor rendimiento. Tienen un poro interno extremadamente estrecho que exprime el agua hasta una configuración de una sola fila que permite una permeabilidad al agua extremadamente alta. con velocidades de transporte superiores a mil millones de moléculas de agua por segundo a través de cada poro.

"Los nanotubos de carbono representan algunas de las estructuras de andamio más prometedoras para canales de agua artificiales debido a la baja fricción del agua en sus superficies internas lisas, que imitan los canales de agua biológicos, "dijo Alex Noy, Químico de LLNL y coautor principal del informe.

El equipo desarrolló porinas CNT (CNTP), segmentos cortos de CNT que se autoinsertan en las membranas biomiméticas, que forman canales de agua artificiales que imitan la funcionalidad del canal de acuaporina y la disposición de agua de un solo archivo intracanal. Luego, los investigadores midieron el transporte de iones de agua y cloruro a través de CNTP de 0,8 nm de diámetro utilizando ensayos basados ​​en fluorescencia. Las simulaciones por computadora y los experimentos que utilizan los poros de CNT en las membranas lipídicas demostraron el mecanismo para un flujo mejorado y un fuerte rechazo de iones a través de los canales internos de los nanotubos de carbono.

"Este proceso nos permitió determinar el valor exacto de la permselectividad agua-sal en poros estrechos de CNT, "dijo el científico de materiales de LLNL y coautor principal, Tuan Anh Pham, quien dirigió los esfuerzos de simulación del estudio. "Las simulaciones atomísticas proporcionan una vista detallada a escala molecular del agua que ingresa a los canales CNTP y respaldan los valores de energía de activación".