Tecnologia de Membrana Revolucionária Aumenta Purificação de Águas Residuais e Eficiência Energética

Visão Geral

• Um novo tipo de membrana requer pressão muito menor que membranas padrão para filtrar partículas suspensas da água.
• Dura 3 vezes mais e economiza o dobro de energia que membranas trans-membrana convencionais.

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 duas décadas temos usado radiação eletromagnética como luz UV para purificar água.

O processo de filtração e tratamento de água — para beber e aplicações químicas e industriais — responde por quase 13% do consumo total de eletricidade nos Estados Unidos, liberando 290 milhões de toneladas métricas de dióxido de carbono na atmosfera anualmente. Para colocar em contexto, é equivalente ao peso combinado de todos os humanos no mundo.

Para purificar água, geralmente é passada através de uma membrana com poros minúsculos. O tamanho desses poros é pequeno o suficiente para filtrar impurezas ou partículas maiores que moléculas de água. Como essas membranas tendem a 'desgastar' devido a entupimento, requerem voltagens mais altas para empurrar moléculas de água, e membranas entupidas frequentemente 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 menor que membranas tradicionais para filtrar partículas suspensas da água. Chamam de membranas com portas líquidas (LGMs). É duas vezes mais eficiente (em termos de consumo de energia) e dura três vezes mais que membranas existentes.

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

Como Funciona?

Toda membrana com porta líquida é revestida com um líquido especial que preenche e sela os poros em uma fase 'fechada', servindo como um portão reversível. Quando você aplica a pressão (para filtrar água), o líquido dentro dos poros da membrana é arrastado para as extremidades, formando poros abertos, que podem ser configurados para deixar certos gases ou líquidos passarem.

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

Isso previne 'desgaste' das membranas devido à superfície escorregadia do líquido. E como LGMs é capaz de separar substância(s) alvo de diferentes misturas líquidas, pode ser usada em processamento industrial de líquidos.

Testes e Aplicações

Pesquisadores misturaram argila bentonita em água e a passaram através dos poros de LGMs aplicando pressão apropriada. Então compararam os resultados com membranas convencionais.

As membranas com portas líquidas mostraram sinais de desgaste muito mais tarde que as convencionais: filtraram água efetivamente 3 vezes mais que membranas não tratadas antes de precisar de um processo para remover manualmente substâncias acumuladas na membrana. Além disso, tiveram 60% menos nanoclay acumulado em sua membrana durante a filtração.

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Para iniciar a filtração, LGMs requerem 16% menos pressão, economizando mais energia. Isso pode aumentar a taxa de filtração de mecanismos de tratamento de água usados em várias indústrias, incluindo têxtil, petroquímica, fabricação biofarmacêutica e processamento de alimentos e bebidas.