O futuro da dessalinização: usando uma membrana semelhante ao Teflon para purificar a água
A escassez de água é um problema crescente em todo o mundo. Somente na África, estima-se que cerca de 230 milhões de pessoas enfrentarão escassez de água até 2025, com até 460 milhões vivendo em regiões com escassez de água.
A água cobre 70% da Terra, por isso é fácil supor que sempre será abundante. No entanto, a água doce é muito escassa. Uma tecnologia projetada para ajudar a produzir mais água doce são as usinas de dessalinização. A dessalinização da água é o processo de remoção de sal da água do mar para produzir água doce que pode ser processada e usada com segurança. Uma usina de dessalinização converte cerca de metade da água que recebe em água potável.
Embora a dessalinização da água do mar seja uma forma bem estabelecida de produzir água potável, ela tem um alto custo de energia. Pesquisadores filtraram com sucesso o sal da água pela primeira vez usando nanoestruturas à base de flúor. Esses nanocanais fluorados são mais eficazes do que as tecnologias convencionais de dessalinização porque operam mais rapidamente, usam menos pressão, são um filtro mais eficaz e usam menos energia.
Você provavelmente já viu como os ingredientes molhados deslizam sem esforço por uma frigideira antiaderente revestida de Teflon, se você já usou uma. O flúor, um ingrediente leve que é inerentemente repelente à água, ou hidrofóbico, é um componente crucial do Teflon. O teflon também pode ser usado para aumentar o fluxo de água revestindo os tubos com ele. O professor associado Yoshimitsu Itoh , do Departamento de Química e Biotecnologia da Universidade de Tóquio , bem como seus colegas, ficaram intrigados com esse comportamento. Assim, eles se inspiraram para investigar como os dutos ou canais de flúor podem funcionar em uma escala diferente, a nanoescala.
Reduzir a energia e, portanto, o custo financeiro, bem como melhorar a simplicidade da dessalinização da água, pode ajudar comunidades em todo o mundo com pouco acesso à água potável. Crédito: 2022 Itoh et al.
“Estávamos curiosos para ver a eficácia de um nanocanal fluoroso na filtragem seletiva de diferentes compostos, em particular, água e sal. E, depois de executar algumas simulações de computador complexas, decidimos que valia a pena o tempo e o esforço para criar uma amostra funcional”, disse Itoh. “Existem duas maneiras principais de dessalinizar a água atualmente: termicamente, usando o calor para evaporar a água do mar para que ela se condense como água pura, ou por osmose reversa, que usa pressão para forçar a água através de uma membrana que bloqueia o sal. Ambos os métodos requerem muita energia, mas nossos testes sugerem que os nanocanais fluorados requerem pouca energia e também têm outros benefícios.”
Os pesquisadores desenvolveram membranas de filtração de teste fabricando quimicamente anéis de flúor nanoscópicos que foram empilhados e implantados em uma camada lipídica impenetrável, semelhante às moléculas orgânicas encontradas nas paredes das células. Eles desenvolveram várias amostras de teste com nanoanéis que variam em tamanho de 1 a 2 nanômetros. Um cabelo humano tem quase 100.000 nanômetros de largura para comparação. Itoh e seus colegas avaliaram a presença de íons de cloro, um dos principais componentes do sal (o outro sendo o sódio), em ambos os lados da membrana de teste para determinar a eficácia de suas membranas.
“Foi muito emocionante ver os resultados em primeira mão. O menor de nossos canais de teste rejeitou perfeitamente as moléculas de sal recebidas, e os canais maiores também foram uma melhoria em relação a outras técnicas de dessalinização e até mesmo filtros de nanotubos de carbono de ponta”, disse Itoh. “A verdadeira surpresa para mim foi a rapidez com que o processo ocorreu. Nossa amostra funcionou milhares de vezes mais rápido do que os dispositivos industriais típicos e cerca de 2.400 vezes mais rápido do que os dispositivos experimentais de dessalinização baseados em nanotubos de carbono.”
Como o flúor é eletricamente negativo, ele repele íons negativos, como o cloro encontrado no sal. Mas um bônus adicional dessa negatividade é que ela também quebra o que é conhecido como aglomerados de água, essencialmente grupos de moléculas de água frouxamente ligados, para que eles passem pelos canais mais rapidamente. As membranas de dessalinização de água à base de flúor da equipe são mais eficazes, mais rápidas, requerem menos energia para operar e são feitas para serem muito simples de usar, então qual é o problema?
“Atualmente, a maneira como sintetizamos nossos materiais é relativamente intensiva em energia; no entanto, isso é algo que esperamos melhorar em pesquisas futuras. E, dada a longevidade das membranas e seus baixos custos operacionais, os custos gerais de energia serão muito menores do que com os métodos atuais”, disse Itoh. “Outras medidas que desejamos tomar são, é claro, aumentar isso. Nossas amostras de teste eram nanocanais únicos, mas com a ajuda de outros especialistas, esperamos criar uma membrana com cerca de 1 metro de diâmetro em vários anos. Paralelamente a essas preocupações de fabricação, também estamos explorando se membranas semelhantes podem ser usadas para reduzir o dióxido de carbono ou outros resíduos indesejáveis liberados pela indústria”.
FONTE: https://www.revistasaberesaude.com/novo-dispositivo-purifica-a-agua-salgada-mais-de-1-000-vezes-mais-rapido-que-o-equipamento-industrial-padrao/