Nova tecnologia de filtração melhora a purificação de águas residuais, torna-a eficiente em termos de energia

• Um novo tipo de membrana requer pressão muito mais baixa do que as membranas padrão para filtrar as partículas suspensas da água.
• Dura 3 vezes mais e economiza duas vezes mais energia do que a transmembrana convencional.

As técnicas de purificação de água diminuem a concentração de certas matérias como bactérias, fungos, vírus, algas, parasitas e partículas suspensas. Existem vários processos físicos, biológicos e químicos e, nas últimas décadas, temos usado radiação eletromagnética como a luz ultravioleta para purificar a água.

O processo de filtração e tratamento de água - para uso potável, químico e industrial - responde por quase 13% do consumo total de eletricidade nos Estados Unidos, que libera 290 milhões de toneladas métricas de dióxido de carbono na atmosfera anualmente. Para colocar isso em contexto, é equivalente ao peso combinado de todos os humanos no mundo.

Para purificar a água, ela geralmente passa por uma membrana com minúsculos poros. O tamanho desses poros é pequeno o suficiente para filtrar impurezas ou partículas maiores do que as moléculas de água. Uma vez que essas membranas tendem a "se desgastar" devido ao entupimento, elas exigem voltagens mais altas para empurrar as moléculas de água e, muitas vezes, as membranas obstruídas precisam ser substituídas, aumentando o custo do tratamento de água.

Agora, pesquisadores da Universidade de Harvard desenvolveram um novo tipo de membrana que requer pressão muito mais baixa do que as membranas tradicionais para filtrar as partículas suspensas da água. Eles estão chamando-o de membranas com barreira de líquido (LGMs). É duas vezes eficiente (em termos de consumo de energia) e dura três vezes mais do que as membranas existentes.

Os LGMs podem ser usados ​​em uma ampla variedade de configurações de processamento de água, reduzindo o consumo de eletricidade e o custo de grandes processos industriais, incluindo perfuração de gás e petróleo.

Como funciona?

Cada membrana fechada por líquido é revestida com um líquido especial que preenche e sela os poros em uma fase "fechada", servindo como uma comporta reversível. Quando você aplica a pressão (para filtrar a água), o líquido dentro dos poros da membrana é arrastado para as extremidades, formando poros abertos, que podem ser configurados para permitir a passagem de certos gases ou líquidos.

Referência:AIP | doi:10.1063 / 1.5047480 | Harvard University

Isso evita o 'desgaste' das membranas devido à superfície escorregadia do líquido. E como os LGMs são capazes de separar as substâncias alvo de diferentes misturas líquidas, eles podem ser usados ​​no processamento de líquidos industriais.

Pressão transmembrana (TMP) para membrana padrão e com portão | Cortesia de pesquisadores

Para criar um LGM, os pesquisadores infundiram discos minúsculos (25 milímetros) de uma membrana de filtro convencional com um lubrificante líquido especial, perfluoropoliéter, que tem sido usado na indústria aérea por mais de 3 décadas.

Teste e aplicativos

Os pesquisadores misturaram argila de bentonita em água e a fizeram passar pelos poros dos LGMs aplicando a pressão apropriada. Em seguida, eles compararam os resultados com membranas convencionais.

As membranas de comportas líquidas mostraram sinais de desgaste muito mais tarde do que as convencionais:elas filtraram água efetivamente 3 vezes mais do que as membranas não tratadas antes de precisar de um processo para remover manualmente as substâncias empilhadas na membrana. Além disso, eles tiveram 60% menos nanoargila reunida em sua membrana durante a filtração.

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Para iniciar a filtragem, os LGMs exigem 16% menos pressão, economizando mais energia. Isso poderia aumentar a taxa de filtração dos mecanismos de tratamento de água usados ​​em várias indústrias, incluindo têxteis, petroquímica, fabricação biofarmacêutica e processamento de alimentos e bebidas.