La nuova tecnologia di filtraggio a membrana aiuta ad affrontare i problemi di scarsità d’acqua

La membrana potrebbe essere utilizzata in sistemi avanzati di trattamento dell'acqua e altre applicazioni.

Con l’aumento della popolazione e dello sviluppo industriale, è aumentata anche la richiesta di acqua, portando ad una più grave scarsità idrica. Ciò richiede l’uso di fonti idriche non tradizionali, comprese le acque reflue, l’acqua di mare e l’acqua salmastra.

Negli ultimi anni, le tecnologie a membrana sono emerse come lo strumento principale per il riutilizzo dell’acqua e la desalinizzazione grazie alla loro elevata efficienza energetica, facilità d’uso e design compatto. Alcuni di essi – ad esempio la desalinizzazione mediante osmosi inversa (RO) e il trattamento delle acque reflue mediante reattori a membrana – sono già applicati nelle industrie su larga scala.

Nonostante la loro diffusa implementazione, i sistemi RO hanno sperimentato limitazioni di lunga data nelle prestazioni legate ai materiali della membrana. Le membrane attuali inoltre rimuovono scarsamente i soluti neutri a basso peso molecolare e sono sensibili alla degradazione causata dagli ossidanti utilizzati nel trattamento dell'acqua.

Ora, i ricercatori dell’Università del Colorado Boulder (CU Boulder) hanno sviluppato un nuovo sistema di filtrazione dell’acqua a membrana basato su bolle d’aria che può aiutare ad affrontare i problemi di scarsità d’acqua in tutto il mondo.

Generalmente, i filtri a membrana si affidano alla pressione per forzare l'acqua attraverso un setaccio e separarla da particelle e contaminanti indesiderati. Il nuovo sistema a membrana utilizza un minuscolo strato di bolle d'aria per distillare l'acqua anziché filtrarla. Secondo i ricercatori, questo cambiamento rende il nuovo sistema più permeabile e più efficace nel rimuovere le impurità indesiderate rispetto ai comuni sistemi ad osmosi inversa.

Le attuali membrane all'avanguardia sono soggette a un compromesso tra permeabilità all'acqua e selettività del sale, dove un aumento della permeabilità all'acqua si traduce in una perdita nella reiezione del sale. Al contrario, il team ha osservato che le membrane che si basano su un cambiamento di fase gas-liquido possono aumentare la permeabilità senza sacrificare la selettività acqua-sale diminuendo lo spessore dello strato d’aria.

Per i test di prova, il team ha fabbricato membrane che intrappolano l'aria utilizzando substrati porosi di ossido di alluminio anodico (AAO) modificati con un rivestimento idrofobico controllato.

Poiché la separazione avviene a causa di un cambiamento di fase gas-liquido, i ricercatori hanno osservato il rigetto quasi completo dei soluti disciolti, inclusi cloruro di sodio, boro, urea e N-nitroso dimetilammina. Le membrane fabbricate con strati d'aria di spessore inferiore a 200 nm hanno mostrato permeabilità all'acqua che superano quelle delle membrane commerciali senza sacrificare la reiezione del sale. Inoltre, hanno scoperto che le membrane che intrappolano l’aria tollerano l’esposizione agli ossidanti del cloro e dell’ozono.

La tecnologia a membrana del team potrebbe essere utilizzata in sistemi avanzati di trattamento dell'acqua e altre applicazioni. "Questi possono essere utilizzati per purificare l'acqua a un livello molto elevato quando si tratta di desalinizzazione dell'acqua di mare e negli sforzi di riutilizzo delle acque reflue", ha affermato in una nota il professore assistente Anthony Straub. “Abbiamo anche un lavoro in corso con la NASA per utilizzare queste membrane per riciclare l’acqua durante le missioni di esplorazione e ricerca spaziale”.

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