Come pulire meglio l'acqua salata? Mantenendo asciutti gli strumenti di desalinizzazione.

I ricercatori dell'USC approfondiscono la comprensione della progettazione delle membrane per consentire la desalinizzazione di flussi ad alta salinità utilizzando investimenti energetici verdi o inferiori

FOTO/PEXELS, ANNA NEKRASHEVICH.

Cresciuto a Seattle, Allyson McGaughey, Ph.D. della USC Viterbi School of Engineering. '21, non si è mai trovato di fronte alla realtà quotidiana della siccità. Nel deserto sempre più caldo e secco di Los Angeles, tuttavia, la scarsità d’acqua è stata messa a nudo, aumentando l’urgenza di trovare soluzioni idriche alternative.

Nella ricerca pubblicata sul Journal of Membrane Science, McGaughey, in coordinamento con Amy Childress, Distinguished Professor dell’USC Viterbi Gabilan, ha rivelato nuove intuizioni su come progettare al meglio i processi di purificazione dell’acqua – ad esempio, il trattamento delle acque reflue in un impianto di trattamento dell’acqua – utilizzando la distillazione a membrana (MD). MD è un processo che separa il sale dall'acqua utilizzando una membrana sottile, asciutta e porosa. Le differenze moderate di temperatura spingono l'acqua a passare da un lato all'altro.

Per capirlo meglio, pensate ad uno scolaspaghetti, ma con i fori molto, molto più piccoli. Un flusso d'acqua versato attraverso il filtro verrà "pulito" da alcuni materiali presenti nell'acqua che sono troppo grandi per passare attraverso i fori del filtro (come i pori di una membrana), lasciando un flusso "pulito" sull'altro lato del filtro. Tuttavia, qualsiasi cosa più piccola di quei buchi, come il sale disciolto nell’acqua della pasta, può ancora passare. Per purificare ulteriormente, cosa accadrebbe se potessimo raccogliere solo il vapore acqueo puro? Ora, immagina un filtro che consenta solo il passaggio del vapore, non dell'acqua liquida, attraverso i fori. Quindi anche i sali disciolti non riescono a passare. Utilizzando una membrana molto idrofobica (che teme l'acqua) che fa proprio questo, l'MD può essere utilizzato per estrarre acqua pura e desalinizzata da corsi d'acqua contaminati.

Il flusso di acqua calda ad alta salinità si trova su un lato della membrana e un flusso di acqua fresca e pura sull'altro. L'acqua riscaldata evapora, lasciando dietro di sé il sale e formando un vapore, che si trasforma in una forma liquida distillata quando incontra il flusso di acqua fredda sull'altro lato della membrana. IMMAGINE/ALLYSON MCGAUGHEY.

Il successo della distillazione su membrana, hanno affermato i ricercatori, dipende in gran parte dalla progettazione della membrana che può ridurre o eliminare l’accumulo di umidità nella membrana. Se una membrana si bagna, spiegano i ricercatori, può perdere la sua efficacia, compromettendo la qualità dell'acqua trattata. A tal fine, McGaughey, ora ricercatore post-dottorato presso l’Università di Princeton, ha studiato il modo migliore per progettare le membrane in modo che non si bagnino eccessivamente e trattino con successo l’acqua, eliminando sale e contaminanti e creando un deflusso di alta qualità, o puro.

Tra le scoperte chiave, ha affermato McGaughey, vi è che la riduzione della dimensione dei pori della membrana o l'aumento dello spessore della membrana stessa possono aumentare la resistenza all'acqua e ritardare o prevenire la contaminazione del flusso di acqua purificata.

Le membrane sono tipicamente costituite da un materiale sintetico idrofobo o resistente all'acqua con pori piccoli da 0,1 a 0,5 micrometri. McGaughey ha affermato che mentre altri processi sono in genere più efficienti dal punto di vista energetico rispetto alla distillazione a membrana – ad esempio, un processo chiamato osmosi inversa – nel caso di flussi di acqua più salati, questi processi più tipici richiedono una formidabile quantità di pressione per forzare le molecole d’acqua attraverso la membrana. . Pertanto, li rendono meno pratici per il trattamento di corsi d'acqua molto salati.

Al contrario, la distillazione a membrana consente di purificare l’acqua più salata in modo più efficiente rispetto all’osmosi inversa e consente agli scienziati di purificare le acque reflue più salate che di solito vengono smaltite perché non possono essere pulite in modo efficiente dai tradizionali processi di trattamento dell’acqua.

Il problema, spiega McGaughey, è che le membrane che filtrano le acque reflue possono bagnarsi eccessivamente. "Nell'osmosi inversa utilizziamo membrane dense che non sono porose, quindi passano solo le molecole d'acqua, ma nella distillazione su membrana ci sono fori nelle membrane che possono consentire la contaminazione se si bagnano", ha detto.