La nueva tecnología de filtración mejora la purificación de aguas residuales y la hace energéticamente eficiente

• Un nuevo tipo de membrana requiere una presión mucho menor que las membranas estándar para filtrar las partículas en suspensión del agua.
• Dura 3 veces más y ahorra el doble de energía que la transmembrana convencional.

Las técnicas de purificación de agua disminuyen la concentración de ciertas materias como bacterias, hongos, virus, algas, parásitos y partículas en suspensión. Hay varios procesos físicos, biológicos y químicos, y durante las últimas dos décadas, hemos estado usando radiación electromagnética como luz ultravioleta para purificar el agua.

El proceso de filtración y tratamiento de agua, para beber y aplicaciones químicas e industriales, representa casi el 13% del consumo total de electricidad en los Estados Unidos, que libera 290 millones de toneladas métricas de dióxido de carbono a la atmósfera anualmente. Para poner esto en contexto, es equivalente al peso combinado de todos los humanos en el mundo.

Para purificar el agua, generalmente se pasa a través de una membrana con poros diminutos. El tamaño de estos poros es lo suficientemente pequeño como para filtrar impurezas o partículas más grandes que las moléculas de agua. Dado que estas membranas tienden a "desgastarse y romperse" debido a la obstrucción, requieren voltajes más altos para empujar las moléculas de agua y, a menudo, las membranas obstruidas deben reemplazarse, lo que aumenta el costo del tratamiento del agua.

Ahora, investigadores de la Universidad de Harvard han desarrollado un nuevo tipo de membrana que requiere una presión mucho menor que las membranas tradicionales para filtrar las partículas suspendidas del agua. Lo llaman membranas compradas por líquido (LGM). Es dos veces más eficiente (en términos de consumo de energía) y dura tres veces más que las membranas existentes.

Los LGM se pueden utilizar en una amplia gama de entornos de procesamiento de agua, lo que reduce el consumo de electricidad y el costo de los grandes procesos industriales, incluida la perforación de petróleo y gas.

¿Cómo funciona?

Cada membrana con compuerta de líquido está recubierta con un líquido especial que llena y sella los poros en una fase "cerrada", que actúa como una compuerta reversible. Cuando aplica la presión (para filtrar el agua), el líquido dentro de los poros de la membrana se arrastra hacia los extremos, formando poros abiertos, que podrían configurarse para dejar pasar ciertos gases o líquidos.

Referencia:AIP | doi:10.1063 / 1.5047480 | Universidad de Harvard

Esto evita el "desgaste" de las membranas debido a la superficie resbaladiza del líquido. Y dado que los LGM son capaces de separar la (s) sustancia (s) objetivo de diferentes mezclas líquidas, podrían usarse en el procesamiento industrial de líquidos.

Presión transmembrana (TMP) para membrana estándar y cerrada | Cortesía de investigadores

Para crear un LGM, los investigadores infundieron pequeños discos (25 milímetros) de una membrana de filtro convencional con un lubricante líquido especial, perfluoropoliéter, que se ha utilizado en la industria de las aerolíneas durante más de 3 décadas.

Pruebas y aplicaciones

Los investigadores mezclaron arcilla de bentonita en agua y la pasaron a través de los poros de LGM aplicando la presión adecuada. Luego compararon los resultados con membranas convencionales.

Las membranas de Liquid-Gates mostraron signos de desgaste mucho más tarde que las convencionales:filtraron eficazmente el agua 3 veces más que las membranas sin tratar antes de necesitar un proceso para eliminar manualmente las sustancias acumuladas en la membrana. Además, tenían un 60% menos de nanoarcilla acumulada en su membrana durante la filtración.

Leer:Una nueva forma de eliminar los contaminantes de las aguas pluviales

Para iniciar la filtración, los LGM requieren un 16% menos de presión, lo que ahorra más energía. Esto podría aumentar la tasa de filtración de los mecanismos de tratamiento de agua que se utilizan en diversas industrias, incluidas la textil, la petroquímica, la fabricación de productos biofarmacéuticos y el procesamiento de alimentos y bebidas.