Recientemente, un grupo de investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Manchester hizo un gran avance en el proceso de desalinización basado en grafeno. Lograron eliminar el 97 por ciento de las sales comunes de manera eficiente en términos energéticos. La tecnología actual de desalinización por ósmosis inversa es intensiva en energía y tiene costos de capital altos. Para el año 2025, el 14 por ciento de la población mundial experimentará escasez de agua, lo que hace que este descubrimiento sea muy importante.
Además, la tecnología de filtración basada en grafeno podría llegar muy pronto a nuestras cocinas. Antes de entrar en detalles sobre la tecnología de desalinización basada en grafeno, veamos cómo funciona la desalinización por ósmosis inversa actual.
El proceso de desalinización por ósmosis inversa
Imagina que tenemos una separación entre agua salada y agua pura con una membrana semipermeable. Esta membrana no permite el paso de los iones de sal, pero sí permite el paso de las moléculas de agua. La naturaleza siempre busca equilibrar la concentración molecular, por lo que, si esperas unos minutos, verás que el nivel de agua salada aumenta naturalmente. Esto ocurre porque las moléculas de agua migran al lado con mayor concentración de sal para equilibrar los niveles.
Lo que realmente necesitamos es el proceso inverso: que las moléculas de agua migran al lado con menor concentración de sal. Para lograr esto, aplicamos presión al lado con agua salada. La presión obliga a las moléculas de agua a migrar del lado salado al lado con agua limpia. Sin embargo, las bombas requieren enormes cantidades de energía para aplicar la presión al agua y los costos de los equipos dificultan la construcción de más plantas de desalinización. Además, la cantidad de agua pura producida es menor.
Introduciendo el grafeno para la desalinización
El grafeno es un material maravilloso con propiedades sorprendentes. Podemos usar una lámina de grafeno con pequeños poros para la desalinización. A través de bombardeo iónico y procesos de grabado selectivo, podemos fabricar los poros deseados en la lámina de grafeno. Estos poros permiten que las moléculas de agua pasen fácilmente, pero bloquean los iones de sal a escala industrial.
Sin embargo, no podemos predecir con precisión la posición de los poros en el grafeno, por lo que es impráctico utilizarlo para la fabricación a gran escala. Una buena alternativa es el óxido de grafeno, que se forma mediante la oxidación del grafito. Las láminas de óxido de grafeno son económicas y se pueden producir masivamente.
Una propiedad fascinante del óxido de grafeno que lo hace perfecto para la desalinización es su naturaleza hidrofílica, lo que significa que el agua fluye rápidamente a través de él. Sin embargo, la creación de poros mediante bombardeo iónico no es una solución práctica. Otra forma de crear poros es apilando láminas de óxido de grafeno y ajustando la distancia entre ellas.
Fabricación de membranas de óxido de grafeno
Aunque las láminas de óxido de grafeno son fáciles de fabricar a gran escala en comparación con las láminas de grafeno, hay un desafío adicional. Cuando las láminas de óxido de grafeno se sumergen en agua, se intercalan dos a tres capas de moléculas de agua entre los poros, lo que provoca un aumento en su tamaño. Este aumento permite que los átomos de sal también pasen a través de la membrana. Para solucionar esto, se utilizan láminas de óxido de grafeno laminadas con epoxy para evitar que se hinchen.
Una membrana típica de ósmosis inversa puede eliminar hasta el 90-95 por ciento de las sales, mientras que las membranas basadas en óxido de grafeno pueden eliminar hasta el 97 por ciento de las sales. Además, las membranas de óxido de grafeno son más fuertes y tienen una mayor afinidad por el agua, lo que las convierte en candidatas perfectas para la desalinización en plantas de ósmosis inversa.
La energía eléctrica necesaria para las bombas en las plantas de ósmosis inversa representa aproximadamente el 44 por ciento del costo total. Por otro lado, el método del óxido de grafeno es un proceso de filtración natural. Otra mejora que facilitaría su fabricación es el uso de láminas de grafeno combinadas con membranas de óxido de grafeno, eliminando así el epoxy. Este descubrimiento de las membranas de óxido de grafeno sin duda ahorrará mucha energía. Esperemos que esta prometedora tecnología pronto llegue no solo al mercado, sino también a nuestros hogares. ¡Gracias por leer el artículo!
Con el uso del óxido de grafeno en la desalinización del agua, se plantea la posibilidad de eliminar el óxido de grafeno para mejorar el proceso. La introducción de membranas de óxido de grafeno en la desalinización del agua ha sido un avance significativo en la tecnología de purificación del agua. La eliminación de óxido de grafeno como parte del proceso de desalinización es un tema relevante en la investigación actual sobre purificación del agua y tecnologías sostenibles. ¡Esperamos que esta información haya sido útil e interesante para ti!
