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- Posted By: Capuano Edoardo
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Membrana in nanofibra elettrofilata a prestazioni stabili per trasformare l'acqua di mare in acqua potabile mediante un processo di distillazione a membrana.
Secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità, circa 785 milioni di persone nel mondo non dispongono di una fonte pulita di acqua potabile. Nonostante la grande quantità di acqua sulla Terra, la maggior parte è acqua di mare e l'acqua dolce rappresenta solo il 2,5% circa del totale.
Le membrane in nanofibra elettrofilate (ENM) hanno acquisito un crescente interesse nelle applicazioni di distillazione a membrana (MD) a causa della loro elevata area superficiale, elevata idrofobicità e porosità e dimensione dei pori e spessore della membrana controllabili. Tuttavia, nonostante questi vantaggi, gli ENM soffrono ancora di problemi di bagnatura nella MD.
Uno dei modi per fornire acqua potabile pulita è la desalinizzazione dell'acqua di mare. Il Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology (KICT) ha descritto, in un articolo pubblicato su Journal of Membrane Science (1) lo sviluppo di una membrana in nanofibra elettrofilata a prestazioni stabili per trasformare l'acqua di mare in acqua potabile mediante un processo di distillazione a membrana.
La bagnatura della membrana è il problema più impegnativo nella distillazione a membrana. Se una membrana mostra bagnatura durante l'operazione di distillazione a membrana, la membrana deve essere sostituita. La bagnatura progressiva della membrana è stata osservata soprattutto per operazioni a lungo termine. Se una membrana viene completamente bagnata, essa porta a inefficienti prestazioni di distillazione, poiché il flusso di alimentazione attraverso la membrana porta a permeato di bassa qualità.
Un team di ricerca in KICT, guidato dal Dr. Yunchul Woo, ha sviluppato membrane in nanofibra elettrofilate coassiali fabbricate da una nanotecnologia alternativa, che è l'elettrofilatura. Questa nuova tecnologia di desalinizzazione mostra che ha il potenziale per aiutare a risolvere la carenza di acqua dolce nel mondo. La tecnologia sviluppata può prevenire problemi di bagnatura e anche migliorare la stabilità a lungo termine nel processo di distillazione a membrana. Una struttura gerarchica tridimensionale dovrebbe essere formata dalle nanofibre nelle membrane per una maggiore rugosità superficiale e quindi una migliore idrofobicità.
La tecnica di elettrofilatura coassiale è una delle opzioni più favorevoli e semplici per fabbricare membrane con strutture gerarchiche tridimensionali. Il team di ricerca del Dr. Woo ha utilizzato poli (fluoruro di vinilidene-co-esafluoropropilene) come nucleo e aerogel di silice miscelato con una bassa concentrazione del polimero come guaina per produrre una membrana composita coassiale e ottenere una superficie della membrana superidrofoba. Infatti, l'aerogel di silice ha mostrato una conduttività termica molto inferiore rispetto a quella dei polimeri convenzionali, che ha portato ad un aumento del flusso di vapore acqueo durante il processo di distillazione a membrana a causa di una riduzione delle perdite di calore conduttivo.
La maggior parte degli studi che utilizzano membrane di nanofibre elettrofilate in applicazioni di distillazione a membrana hanno funzionato per meno di 50 ore sebbene abbiano mostrato un'elevata prestazione di flusso di vapore acqueo. Al contrario, il team di ricerca del Dr. Yunchul Woo ha applicato il processo di distillazione a membrana utilizzando la membrana in nanofibra elettrofilata coassiale fabbricata per 30 giorni.
La membrana in nanofibra elettrofilata coassiale ha eseguito un rifiuto del sale del 99,99% per 1 mese. Sulla base dei risultati, la membrana ha funzionato bene senza problemi di bagnatura e incrostazioni, grazie al suo basso angolo di scorrimento e alle proprietà di conduttività termica. La polarizzazione della temperatura è uno degli svantaggi significativi nella distillazione a membrana. Può ridurre le prestazioni del flusso di vapore acqueo durante l'operazione di distillazione a membrana a causa delle perdite di calore conduttivo. La membrana è adatta per applicazioni di distillazione a membrana a lungo termine in quanto possiede diverse caratteristiche importanti come basso angolo di scorrimento, bassa conduttività termica, evitare la polarizzazione della temperatura e problemi di bagnatura e incrostazioni ridotti pur mantenendo prestazioni di flusso di vapore acqueo super saturo.
Il team di ricerca del Dr. Woo ha notato che è più importante avere un processo stabile che un'elevata prestazione di flusso di vapore acqueo in un processo di distillazione a membrana disponibile in commercio. Il Dr. Woo ha affermato che «la membrana in nanofibra elettrofilata coassiale ha un forte potenziale per il trattamento di soluzioni di acqua di mare senza soffrire di problemi di bagnatura e potrebbe essere la membrana appropriata per applicazioni di distillazione a membrana su scala pilota e su scala reale».
Il Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology (KICT) (2) è un istituto di ricerca sponsorizzato dal governo istituito per contribuire allo sviluppo dell'industria edile coreana e alla crescita economica nazionale sviluppando tecnologie di base e pratiche nei settori dell'edilizia e della gestione del territorio nazionale.Questa ricerca è stata supportata da una sovvenzione interna (20200543-001) del KICT, Repubblica di Corea.
Riferimenti:
(2) Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology (KICT)
Descrizione foto: Schema del dispositivo di elettrofilatura coassiale. - Credit: Elsevier.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Making seawater drinkable in minutes