Os princípios do projeto inspirado em insetos levam às primeiras membranas repelentes à água feitas de materiais molháveis à água.
Uma nova membrana feita de materiais molháveis à água, com poros de retenção de gás especialmente projetados, que permitem separar simultaneamente água quente e salgada da água fria e pura, facilitando ao mesmo tempo a transferência de vapor puro de um lado para o outro da membrana. Esse princípio, desenvolvido pelos pesquisadores da King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) na Arábia Saudita, pode levar a membranas de dessalinização mais ecológicas e baratas.
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Atualmente, as membranas de perfluorocarbono, repelentes à água, são usadas popularmente para um processo de dessalinização conhecido como destilação por membranas (MD). Mas os perfluorocarbonetos são caros, não biodegradáveis e vulneráveis a incrustações e danos em temperaturas mais altas, explicou Ratul Das, pesquisador da KAUST.
Alternativas de perfluorcarbonetos
Com o objetivo de desenvolver alternativas livres de perfluorcarbonetos, Himanshu Mishra e sua equipe de pesquisadores do Centro de Dessalinização e Reúso de Água da KAUST inspiraram-se em dois insetos: Colêmbolos que vivem em solos úmidos e Halobates que vivem em oceanos abertos. Ambos possuem microtexturas em forma de cogumelo, que cobrem suas cutículas e pelos, podendo espontaneamente reter o ar mantendo-os vivos, caso fiquem submersos na água.
“Imitamos essas características em materiais molháveis (não resistentes à água). As superfícies resultantes prendem o ar de maneira robusta à imersão em líquidos. Nasceu a ideia das membranas de retenção de gás ”, diz Mishra.
Os poros da membrana aprisionam o ar por imersão em água, separando os líquidos de ambos os lados e permitindo o transporte apenas de vapor de água pura, do lado quente para o lado frio. (Imagem: Ivan Gromicho)
Experimentações para a criação do projeto
A equipe de Mishra desenvolveu protocolos para criar poros verticais em placas finas. Os diâmetros das entradas e saídas de poros eram menores que os canais de poros.
“Começamos testando com placas finas de silício para desenvolver poros com essas bordas reentrantes”, diz Mishra.
“Essas bordas impedem a entrada de líquidos nos poros”, explica ele.
“Conseguimos atingir a função das membranas perfluoradas aproveitando essa textura bioinspirada usando materiais molháveis à água, o que pode parecer desafiar o conhecimento convencional. ”
Membrana de silício
Quando uma membrana de silício com poros cilíndricos simples é imersa em água, ela é completamente preenchida dentro de 1 segundo. As membranas de sílica com retenção de gás (GEMs), por outro lado, prendem o ar de maneira vigorosa em seus poros, quando imersas em água e podem permanecer intactas por mais de seis semanas.
A equipe então explorou a aplicação do mesmo princípio a um material mais barato e fácil de fabricar, chamado Polimetacrilato de Metila (PMMA), explica Sankara Arunachalam, especialista da equipe de Mishra.
“O PMMA-GEMs separa o sal de águas quentes e frias por mais de 90 horas, com uma rejeição de sal em 100%”, diz ele.
MD com derivação de materiais úmidos
“Para nosso conhecimento, esta é a primeira demonstração de membranas MD derivada de materiais intrinsecamente úmidos”, diz Mishra.
“Os benefícios são óbvios: os plásticos molháveis em água comuns, como o PMMA, são significativamente mais baratos do que os perfluorados, são ecologicamente corretos e podem suportar condições operacionais mais severas. São necessárias investigações interdisciplinares para avaliar a escalabilidade e a confiabilidade dessa abordagem.”
As descobertas podem revelar, o potencial de materiais molháveis à agua, para dessalinização mais ecológica e barata.
Referência: Das, R., Arunachalam, S., Ahmad, Z., Manalastas, E. & Mishra, H. Bio-inspired gas-entrapping membranes (GEMs) derived from common water-wet materials for green desalination. Journal of Membrane Science advance online publication 16 June 2019.
