Los investigadores miran a los nanoporos como nuevos métodos de tratamiento del agua

Desde hace un tiempo, los científicos han estado investigando el uso de nanomateriales como una forma de limpiar el agua. La idea es que los nanofiltros fabricados con estos materiales puedan eliminar incluso las impurezas y contaminantes más pequeños del agua.

En un estudio reciente publicado en The Journal of Physical Chemistry, un equipo dirigido por investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts revisó los últimos hallazgos sobre nanoporos, particularmente el uso de «nanoporos de un solo dígito» (SDN), que son los nanoporos más estrechos jamás creados y el más prometedor cuando se trata de purificación de agua.

Nanomateriales: científicos han estado investigando el uso 0

Filtrar agua por los orificios más pequeños

Los nanoporos son pequeñas aberturas u orificios en la superficie de los materiales sintéticos. Debido a su tamaño increíblemente pequeño (nanómetro), a menudo se utilizan para aplicaciones de investigación que requieren el paso controlado de moléculas.

Sin embargo, no todos los nanoporos son iguales y algunos son mucho más pequeños que otros. Los SDN son los más pequeños de todos los nanoporos y tienen diámetros inferiores a 10 nanómetros.

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El pequeño tamaño de las SDN significa que no pueden pasar muchas moléculas a través de ellas. Sin embargo, las moléculas de agua pueden atravesar SDN de ciertos tamaños. De ahí surgió la idea de utilizarlos en sistemas de tratamiento de agua.

Para explorar esta posibilidad, los investigadores revisaron experimentos recientes que involucran el uso de SDN. Identificaron con éxito lagunas críticas en la comprensión actual de la hidrodinámica, la termodinámica, la estructura fluídica y el tamizado molecular a nanoescala.

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«Si podemos llenar estos vacíos, podemos descubrir nuevos mecanismos de transporte molecular e iónico a nanoescala que pueden aplicarse a una serie de nuevas tecnologías», dijo Tuan Anh Pham, científico de materiales computacionales del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL). y coautor del estudio.

Pham y sus colegas creen que las SDN se pueden adaptar para tamizar iones de manera efectiva del agua de mar, lo que las convierte en membranas eficaces para la desalinización de agua de mar. Esto podría ayudar a proporcionar más agua potable en lugares donde el agua salada es más abundante que el agua dulce.

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«Una comprensión más profunda del transporte de agua a través de SDN puede permitirnos construir análogos sintéticos robustos de proteínas transmembrana, como las acuaporinas, para aplicaciones de tratamiento de agua», agregó el coautor Aleksandr Noy.

Las aplicaciones de las SDN van más allá de la simple purificación del agua potable. Por ejemplo, también podrían usarse para diferenciar entre fluidos polares y no polares. Las SDN incluso podrían usarse para generar electricidad a través de la recolección de energía osmótica. 

Enfoques de nanotecnología para la purificación del agua

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El estudio publicado recientemente no es el primero de su tipo. Investigadores de diferentes partes del mundo han estado explorando el potencial de los materiales a nanoescala y las muchas formas en que se pueden incorporar a los dispositivos de tratamiento de agua.

Por ejemplo, en 2010, investigadores de la India revisaron diferentes sistemas de filtración a nanoescala que podrían convertir el agua sucia en agua potable limpia. Señalaron que el uso de materiales a nanoescala con poros nanoscópicos ofrece ventajas significativas. Por un lado, estos materiales no solo funcionan mejor que los filtros convencionales, sino que también requieren menos presión de agua, lo que los hace más eficientes energéticamente.

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“Las principales ventajas de utilizar nanofiltros, a diferencia de los sistemas convencionales, son que se requiere menos presión para pasar el agua a través del filtro; son más eficientes; y tienen áreas de superficie increíblemente grandes y pueden limpiarse más fácilmente mediante retrolavado en comparación con los métodos convencionales”, escribieron los investigadores indios en su informe, que apareció en el International Journal of Nuclear Desalination.

El equipo también identificó una serie de problemas con la tecnología. En ese momento, la tecnología de nanofiltros era bastante simple y limitada.

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“Si bien la generación actual de nanofiltros puede ser relativamente simple, se cree que las generaciones futuras de dispositivos de tratamiento de agua basados ​​en nanotecnología aprovecharán las propiedades de los nuevos materiales a nanoescala”, escribieron.

El estudio dirigido por el MIT muestra cuánto ha crecido la tecnología de nanoporos durante la última década. Con más investigación, los nanofiltros para la purificación de agua que aprovechan las SDN u otras nanotecnologías más avanzadas, podrían algún día proporcionar agua limpia a más personas en todo el mundo.

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