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Membrana auto-aquecida recupera quase 100% da água das salmouras

Pesquisadores desenvolveram uma membrana auto-aquecida baseada em nanotubos de carbono que apenas aquece a salmoura na superfície da membrana

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Engenheiros da Universidade da Califórnia, Riverside (UCR) desenvolveram uma nova maneira de recuperar quase 100 porcento da água de soluções salinas altamente concentradas. O sistema irá aliviar a escassez de água em regiões áridas e reduzir as preocupações com a disposição de salmoura de alta salinidade, como, por exemplo, os resíduos do fraturamento hidráulico.

A pesquisa, que envolve o desenvolvimento de um elemento de aquecimento baseado em nanotubos de carbono que melhorará a recuperação de água doce durante os processos de destilação por membrana, foi publicada dia 29 de maio na revista Nature Nanotechnology. David Jassby, professor assistente de engenharia química e ambiental na UCR’s Bourns College of Engineering, liderou o projeto.

Embora a osmose reversa seja o método mais comum de remoção de sal de água do mar, efluentes e água salobra, ela não é capaz de tratar soluções salinas altamente concentradas. Essas soluções, chamadas de salmoura, são geradas em quantidades maciças durante a osmose reversa (como resíduos) e fraturamento hidráulico (como água produzida) e devem ser descartadas adequadamente para evitar danos ambientais. No caso do fraturamento hidráulico, a água produzida é muitas vezes descartada no subsolo em poços de injeção, mas alguns estudos sugerem que esta prática pode resultar em um aumento nos terremotos locais.

Destilação por membrana

Uma maneira de tratar a salmoura é a destilação por membrana, uma tecnologia de dessalinização térmica na qual o calor conduz o vapor de água através de uma membrana, permitindo uma maior recuperação de água enquanto o sal fica para trás. No entanto, a salmoura quente é altamente corrosiva, tornando caros os trocadores de calor e outros elementos dos sistemas tradicionais de destilação por membrana. Além disso, como o processo depende da capacidade calorífica da água, as recuperações de passagem única são bastante baixas (menos de 10%), levando a requisitos complicados de gerenciamento de calor.

“Em um cenário ideal, a dessalinização térmica permitiria a recuperação de toda a água da salmoura, deixando para trás uma pequena quantidade de um sal sólido e cristalino que poderia ser usado ou descartado “, disse Jassby. “Infelizmente, os processos atuais de destilação por membrana dependem de uma alimentação constante de salmoura quente sobre a membrana, o que limita a recuperação da água através da membrana a cerca de 6%”.

Nanotubos de carbono

Para melhorar isso, os pesquisadores desenvolveram uma membrana auto-aquecida baseada em nanotubos de carbono que apenas aquece a salmoura na superfície da membrana. O novo sistema reduziu o calor necessário no processo e aumentou a quantidade de água recuperada para perto de 100 por cento.

Além do desempenho de dessalinização significativamente melhorado, a equipe também investigou como a aplicação de correntes alternadas ao elemento de aquecimento da membrana poderia evitar a degradação dos nanotubos de carbono no ambiente salino. Especificamente, identificou-se uma freqüência limite onde a oxidação eletroquímica dos nanotubos foi prevenida, permitindo que os filmes de nanotubos sejam operados por longos períodos de tempo sem redução no desempenho.

 

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(a) sistema tradicional de destilação por membrana; (b) sistema com membrana auto-aquecida; (c) camada de nanotubos de carbono

As idéias fornecidas por este trabalho permitirão que os elementos de aquecimento baseados em nanotubos de carbono sejam usados em outras aplicações onde a estabilidade eletroquímica dos nanotubos é uma preocupação.
Além de Jassby, os colaboradores incluem Alexander Dudchenko, o primeiro autor do paper e um ex-aluno de pós-graduação no laboratório de Jassby que obteve seu Ph.D. em 2016; e os estudantes da graduação Chuxiao Chen, Alexis Cárdenas e Julianne Rolf.

O documento é intitulado “Frequency Dependent Stability of CNT Joule Heaters in Ionizable Environments and Their Use in Membrane Distillation”.

O trabalho foi apoiado por bolsas do Office of Naval Research, Department of Energy, National Science Foundation, e do Petroleum Research Fund.

Fonte: University of California, Riverside, adaptado por Portal Tratamento de Água – www.tratamentodeagua.com.br