Funzione SURF: Mary O'Sullivan '23 e Huma Jafree '22 Alla ricerca di acqua pulita

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Nella stanza 217 del Copley Science Center, le condutture si arrampicano sul muro come l'edera e l'aria vibra di corrente elettrica. All'interno, due studenti si appoggiano allo schienale di un tavolo da laboratorio traboccante di tubi in PVC, bicchieri di vetro e lampade riscaldanti incandescenti per parlare di lavoro. L'argomento della loro conversazione è la distillazione a membrana, un metodo di purificazione dell'acqua che entrambi gli studenti hanno studiato quest'estate durante i loro progetti Schapiro Undergraduate Research Fellowship (SURF).

"Acqua salata dentro, acqua dolce fuori", ha detto Huma Jafree '22, descrivendo il processo che secondo loro giocherà un ruolo nel risolvere potenzialmente la carenza globale di acqua dolce.

Studente internazionale con specializzazione in fisica e matematica, Jafree ha lavorato al perfezionamento di un metodo di distillazione dell'acqua chiamato distillazione a membrana con traferro d'aria. Nel suo progetto, intitolato "The Effect of Pore Size and Gap Size in Air Gap Membrane Distillation", ha riscaldato l'acqua salata in un recipiente finché non si è trasformata in vapore, dopo di che è passata attraverso una membrana polimerica porosa in una seconda camera. Lì, ha condensato le particelle di vapore in goccioline d'acqua dolce raffreddandole. Il compito che aveva davanti era quello di modificare l’ampiezza degli spazi d’aria e la dimensione dei pori per determinare la forma più efficiente di distillazione dell’acqua.

È qui che è entrato in gioco il progetto SURF di Mary O'Sullivan '23 (specializzazione in Ingegneria, doppia laurea in Chimica e Matematica), intitolato "Fabbricazione e caratterizzazione di membrane elettrofilate fuse per uso in sistemi di distillazione a membrana". Studente del programma Honours e nativa di Colonial Beach ha cercato il modo migliore per produrre lo stesso tipo di membrana utilizzata negli esperimenti di Jafree tramite un processo chiamato elettrofilatura a fusione. Aiutata da un ago riscaldato ed elettrificato, O'Sullivan ha fuso un polimero - nel suo caso, il polipropilene, presente in oggetti domestici come cannucce, biberon e contenitori di yogurt - che è stato successivamente assemblato in membrane fibrose con dimensioni dei pori sulla scala di micron tramite guida computerizzata.

"Siamo entrambi interessati a sapere se esiste uno spessore della membrana o una dimensione del traferro migliore di quello disponibile in commercio", ha detto Jafree del loro lavoro, condotto sotto la guida del tutor della facoltà e professore di ingegneria Jim McLeskey. "Il mercato in questo momento è limitato, quindi se fossimo in grado di realizzare le membrane da zero, i parametri della nostra ricerca si aprirebbero in tanti modi."

Il futuro della desalinizzazione dell’acqua?

Tradizionalmente, gli scienziati devono riscaldare l'acqua fino al suo punto di ebollizione – 100 gradi Celsius – affinché evapori, separandola così dal contenuto di acqua che non vogliono, che si tratti di sale, ammonio o liquami. "La cosa bella della distillazione a membrana è che non è necessario portare l'acqua al punto di ebollizione. Deve solo essere calda, anche a 50 gradi Celsius, il che significa risparmiare energia e ridurre i costi", ha spiegato O'Sullivan.

Jafree ha spiegato il potenziale vantaggio del processo per gli sforzi di desalinizzazione dell'acqua dicendo: "Questo potrebbe essere un sistema che riscalda l'acqua di mare utilizzando il calore di scarto o l'energia solare e la raffredda utilizzando l'acqua fredda dell'oceano. In sostanza, ci vorrebbe poca energia a bassi costi" per riscaldare l'acqua dell'oceano alla giusta temperatura per produrre acqua dolce."

Allora, com'era la giornata tipo in laboratorio per Jafree e O'Sullivan? "Molto lavoro di preparazione", ha detto O'Sullivan. Questo perché sia ​​il suo sistema che quello di Jafree hanno impiegato diverse ore per completare un singolo "ciclo", culminato rispettivamente in una nuova membrana o in un ciclo di distillazione dell'acqua. Mentre i loro sistemi funzionavano a meraviglia, i due si preparavano per le presentazioni dei poster del SURF Symposium, pulivano l'attrezzatura e annotavano i risultati. A volte, questi risultati fornivano più domande che risposte.

Il processo fa progressi

Jafree ha identificato un difetto nella sua procedura solo tre settimane prima di presentare le sue scoperte al SURF Symposium. A quel punto aveva completato 60 cicli con il suo sistema di distillazione, ciascuno della durata di circa tre ore. Si rese conto con un senso di smarrimento che avrebbe dovuto ripetere ogni corsa, il che sarebbe andato ben oltre lo scopo della sua borsa di studio di nove settimane. Tuttavia, era contenta di aver corretto il problema quando lo ha fatto e che le esecuzioni successive hanno prodotto risultati di cui era soddisfatta.