Ya hay un Potencial increíble de proporcionar agua potable a partir del agua salada del mar




Publicado a las 12:49 PM CST en Oct 27,2017 | Actualizado a las 12:49 PM CST en Oct 27,2017


Los materiales bidimensionales (2D) se han ensamblado con éxito en equipos con los agujeros artificiales más pequeños posibles para la desalinización de agua.

Un equipo de investigadores del Instituto Nacional de Gráficos (NGI) de la Universidad de Manchester ha tenido éxito en la fabricación de minúsculas rendijas en una nueva membrana de tan sólo varios angstroms (0,1 nm) de tamaño. Esto ha hecho posible el análisis de la forma en que diversos iones pasan por estos agujeros diminutos.

Las ranuras están compuestas por grafeno, disulfuro de molibdeno (MoS2) y nitruro de boro hexagonal (HBN), y sorprendentemente, permiten que los iones con diámetros mayores que el tamaño de la ranura se impregnen ( osea, queden atrapados en la malla). Los estudios de exclusión de tamaños permiten comprender mejor cómo funcionan los filtros biológicos a escala similar, como los de acuaporinas, y por lo tanto ayudarán al desarrollo de filtros para la desalinización del agua y las tecnologías relacionadas.


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Para los investigadores interesados en estudiar el comportamiento de los fluidos y su filtración, ha sido un objetivo último pero aparentemente lejano fabricar capilares con dimensiones cercanas al tamaño de los iones pequeños y moléculas individuales de agua.

Crédito: Universidad de Manchester

Los investigadores han estado intentando replicar los sistemas de transporte de iones que ocurren naturalmente, pero esta no ha demostrado ser una misión fácil. Los conductos fabricados con métodos básicos y materiales convencionales han sido desafortunadamente limitados en tamaño por la rugosidad inherente de la superficie de un material, que es típicamente por lo menos diez veces más grande que el diámetro de los iones pequeños.

A principios de este año, las membranas basadas en óxido de grafeno creadas en el IGN atrajeron una atención considerable como posibles candidatos para las nuevas tecnologías de filtración. Esta investigación que utiliza el nuevo kit de herramientas de materiales 2D revela el potencial del mundo real de proporcionar agua potable limpia a partir de agua salada.

Para comprender mejor los mecanismos centrales detrás del transporte iónico, un equipo dirigido por Sir Andre Geim de la Universidad de Manchester hizo ranuras atómicamente planas que medían sólo varios angstroms de tamaño. Estos canales son químicamente inertes y poseen paredes lisas en la escala angstrom.




Los investigadores formaron sus dispositivos de hendidura a partir de dos placas de cristal de grafito de 100 nm de espesor que midieron varias micras de grafito a través de las cuales adquirieron al afeitarse cristales de grafito a granel. Luego colocaron piezas de cristal atómico 2D de grafeno de dos capas y MoS2 de una sola capa en cada borde de una de las placas de cristal de grafito antes de colocar otra placa encima de la primera. Esto crea un hueco entre las losas que tiene una altura igual al espesor de los distanciadores.

Es como tomar un libro, colocar dos fósforos en cada uno de sus bordes y luego poner otro libro encima. Esto crea un hueco entre las superficies de los libros con la altura del hueco igual al grosor de los fósforos. En nuestro caso, los libros son los cristales de grafito plano atómicamente y los fósforos son el grafeno, o monoláminas MoS2. Sir Andre Geim, Universidad de Manchester

 

El conjunto se mantiene unido por fuerzas de van der Waals y las ranuras son aproximadamente del mismo tamaño que el diámetro de las acuaporinas, que son esenciales para los organismos vivos. Las ranuras son del tamaño más pequeño posible, ya que las ranuras con espaciadores más delgados están desequilibradas y se desploman debido a la atracción entre paredes opuestas.

Los iones fluyen a través de las rendijas si se aplica un voltaje a través de ellas cuando están empapadas en una solución iónica, y este flujo de iones constituye una corriente eléctrica. El equipo midió la conductividad iónica mientras viajaban a través de soluciones de cloruro a través de las ranuras y descubrió que los iones podían viajar a través de ellas como se esperaba bajo un campo eléctrico aplicado.

Cuando miramos más cuidadosamente, encontramos que los iones más grandes se movían a través de manera más lenta que los más pequeños como cloruro de potasio. Dr. Gopi Kalon, investigador postdoctoral que lideró el esfuerzo experimental

«El punto de vista clásico es que los iones con un diámetro mayor que el tamaño de la ranura no pueden permear, pero nuestros resultados muestran que esta explicación es demasiado simplista. Los iones de hecho se comportan como pelotas de tenis blandas en lugar de bolas de billar , y los iones grandes todavía pueden pasar – ya sea distorsionando sus conchas de agua o tal vez derramándolas por completo «. El Dr. Ali Esfandiar, que es el primer autor del artículo, añadió

 

Esta nueva investigación publicada en Science revela que estos mecanismos recién observados juegan un papel vital en la desalinización con exclusión de tamaño y es un paso crucial para la formación de membranas de desalinización de agua de alto flujo.


Referencias & Fuentes

azonano.com | 2D Materials in Devices Help Separate Salts in Seawater

manchester.ac.uk | Devices made from 2D materials separate salts in seawater



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