Nova tecnologia de filtragem por membrana ajuda a resolver problemas de escassez de água

A membrana pode ser usada em sistemas avançados de tratamento de água e outras aplicações.

Com o aumento da população e do desenvolvimento industrial, a procura de água também aumentou, levando a uma escassez de água mais grave. Isto requer o uso de fontes de água não tradicionais, incluindo águas residuais, água do mar e água salobra.

Nos últimos anos, as tecnologias de membrana surgiram como a principal ferramenta para reutilização e dessalinização de água devido à sua alta eficiência energética, facilidade de operação e design compacto. Alguns deles – por exemplo, a dessalinização por osmose reversa (OR) e o tratamento de águas residuais por reatores de membrana – já são aplicados em indústrias em grande escala.

Apesar de sua ampla implementação, os sistemas RO têm experimentado limitações de longa data no desempenho relacionadas aos materiais de membrana. As membranas atuais também removem fracamente solutos neutros de baixo peso molecular e são sensíveis à degradação por oxidantes usados ​​no tratamento de água.

Agora, pesquisadores da Universidade do Colorado Boulder (CU Boulder) desenvolveram um novo sistema de filtragem de água por membrana baseado em bolhas de ar que pode ajudar a resolver problemas de escassez de água em todo o mundo.

Geralmente, os filtros de membrana dependem da pressão para forçar a água através de uma peneira para separar a água de partículas e contaminantes indesejados. O novo sistema de membrana utiliza uma pequena camada de bolhas de ar para destilar a água, em vez de peneirá-la. Segundo os pesquisadores, essa mudança torna o novo sistema mais permeável e melhor na remoção de impurezas indesejadas do que os sistemas comuns de osmose reversa.

As atuais membranas de última geração estão sujeitas a um compromisso entre a permeabilidade à água e a seletividade água-sal, onde um ganho na permeabilidade à água resulta numa perda na rejeição do sal. Em contraste, a equipe observou que membranas que dependem de uma mudança de fase gás-líquido podem aumentar a permeabilidade sem sacrificar a seletividade água-sal, diminuindo a espessura da camada de ar.

Para testes de prova de conceito, a equipe fabricou membranas de retenção de ar usando substratos porosos de óxido de alumínio anódico (AAO) modificados com um revestimento hidrofóbico controlado.

Como a separação ocorre devido a uma mudança de fase gás-líquido, os pesquisadores observaram uma rejeição quase completa de solutos dissolvidos, incluindo cloreto de sódio, boro, uréia e N-nitroso dimetilamina. Membranas fabricadas com camadas de ar com espessura inferior a 200 nm apresentaram permeabilidades à água que excedem as das membranas comerciais, sem sacrificar a rejeição de sal. Além disso, eles descobriram que as membranas de retenção de ar toleram a exposição aos oxidantes de cloro e ozônio.

A tecnologia de membrana da equipe poderia ser usada em sistemas avançados de tratamento de água e outras aplicações. “Eles podem ser utilizados para purificar a água em um grau muito alto quando se trata de dessalinização da água do mar e em esforços de reutilização de águas residuais”, disse o professor assistente Anthony Straub em um comunicado. “Também temos um trabalho contínuo com a NASA para usar essas membranas para reciclar água durante a exploração espacial e missões de pesquisa.”

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