Membranas de Polímero en Bloque y Tratamiento de Agua | Fluence

Las membranas de polímero en bloque hechas a medida pueden permitir la desalinización de agua de mar a menor presión que con la ósmosis inversa.

Los materiales diseñados tienen tamaños de poros más pequeños y más constantes para la filtración selectiva

Las membranas de nanofiltración se utilizan actualmente en una amplia gama de procesos del tratamiento de efluentes y agua, pero conllevan sus problemas. Debido a que sus poros tienen tamaños irregulares, estos presentan limitaciones al momento de filtrar sustancias específicas.

Sin embargo, los investigadores han desarrollado un nuevo material de membrana de polímero en bloque que puede refinar aún más la capacidad de las membranas para las aplicaciones de filtración de agua mientras que, al mismo tiempo, permite la cosecha de metales y de sustancias seleccionados para otras aplicaciones.

En las membranas del polímero en bloque, los enlaces covalentes fuertes conectan los bloques de diversos polímeros en la nanoescala, permitiendo la permeabilidad en una escala más fina. Su estructura porosa más pequeña y regular contrasta con los poros de macro escala irregulares de las membranas del polímero que conocemos hoy.

Los investigadores de Purdue y Notre Dame, Yizhou Zhang, Noelia E. Almodovar-Arbelo, Jacob L. Weidman, David S. Corti, Bryan W. Boudouris, y William A. Phillip, desarrollaron el nuevo material con la investigación financiada por la Oficina de Investigación del Ejército y la Fundación de Ciencia Nacional.

Filtración a Medida

El potencial de las membranas de polímero en bloque se extiende más allá de los poros más pequeños y homogéneos: También pueden ser modificados a medida para bloquear partículas especiales, proporcionando un control sin precedentes sobre lo que puede y no puede atravesar.

A diferencia de las membranas de selección de tamaño actualmente en uso, las membranas del polímero en bloque permiten las separaciones selectivas que se pueden adaptar a la composición química de las fuentes de agua específicas y hacia las especificaciones del uso final. Para crear las membranas del polímero en bloque, es necesario diseñar las arquitecturas macromoleculares para los polímeros del bloque precursores. La creación de los polímeros del bloque, que tienen ensamblaje automático confiable en las morfologías previstas del precursor, es esencial para incorporar los materiales en las unidades de la membrana que se pueden adaptar a los perfiles del uso de la purificación. Se pueden usar varias nanoestructuras de diferentes morfologías, además es posible apilarlas en capas.

Usos Previstos de las Membranas de Polímero en Bloque

Los investigadores imaginan uso tanto en los sistemas de filtración tradicionales como en los híbridos. Los sistemas híbridos podrían incluir varias fases, dependiendo de si están siendo alimentados por efluentes, agua salobre, o una corriente del agua de mar. Por ejemplo, el agua podría pasar primero por un proceso de extracción de nutrientes, luego continuar en un proceso de captura de metales, después en un proceso de nanofiltración y salir a través de un proceso de desalinización, todo facilitado por membranas diseñadas en forma molecular para cada propósito.

Un proceso contemplado reduciría el costo de la desalinización usando las membranas del nanofiltración (NF) al eliminar solamente los cationes bivalentes del agua salada. Las membranas de NF no se distinguen en la eliminación de iones monovalentes, pero su eliminación no es esencial para muchos sistemas de uso intensivo de agua, tales como las torres de refrigeración. Aunque el agua NF no sería tan pura como la producida por las tecnologías de desalinización actuales, no hay acumulación de sarro asociado con el agua tratada con membrana de polímero en bloque, porque los iones de catión bivalentes desaparecen.

El agua todavía se puede usar para sistemas de enfriamiento sin preocuparse por la acumulación de sal, pero hay un ahorro de energía porque el proceso requiere una presión menor que los sistemas de ósmosis inversa.

Reducción de Tamaño del Poro

En la última década, el tamaño del poro posible de las membranas de polímero en bloque ha entrado en el rango de ultrafiltración a ~20nm y redujeron aún más la gama de nanofiltración de ~ 2nm, pero los tamaños del poro tendrán que reducirse aún más a una escala entre 0,7 nm y 0,9nm para ser una alternativa viable para la desalinización. Los investigadores ven esto como una transición desafiadora, pero la investigación está demostrando que hay membranas más resistentes y más selectivas en el horizonte.