Uma equipe liderada por pesquisadores do Imperial College London investigou como as moléculas de água se movem em um espaço confinado – neste caso, através de uma membrana de poliamida (PA) que é usada para remover o sal da água do mar para produzir água doce.
O estudo pode ter um impacto significativo nos processos de purificação e dessalinização da água, que são importantes para água potável e água usada para processos industriais, inclusive na agricultura e sistemas de energia.

Anteriormente, pensava-se que a água se comporta dentro das membranas de maneira semelhante a como ela se comporta quando não está presa, como quando a água é mantida em um copo, mas isso parecia improvável para o professor João Cabral, principal autor do estudo, de Departamento de Engenharia Química do Imperial.

O professor Cabral diz que "isso parecia irracional para mim - que uma molécula confinada a espaços apenas ligeiramente maiores do que o tamanho das próprias moléculas se moveria como se não estivesse sobrecarregada".

A equipe de pesquisa usou uma técnica experimental chamada espalhamento de nêutrons quase elástico e inelástico em um reator nuclear para medir a geometria dos movimentos moleculares da água e calcular vários coeficientes de difusão – a rapidez com que a água se difunde através do material da membrana.

Isso permitiu que eles entendessem o que estava acontecendo no nível molecular, com pesquisadores medindo as interações entre nêutrons e uma amostra para interpretar as propriedades das moléculas de água.

O professor Cabral observou que esses tipos de experimentos complexos só são alcançáveis ​​por meio de colaboração internacional, neste caso, por meio do trabalho com especialistas do Institut Laue-Langevin em Grenoble, França.

Projetando a próxima geração de membranas

A importância do estudo é que permitirá aos engenheiros que estão projetando a próxima geração de membranas para dessalinização e purificação de água ancorar seu trabalho com medições precisas.

O professor Cabral disse que "as pessoas estão tentando projetar novos materiais e a maneira de fazer isso pode ser por tentativa e erro, então os engenheiros tentarão combinar materiais diferentes até obterem propriedades superiores".

"Essa maneira empírica praticamente teve seu curso, porque as membranas atuais para dessalinização industrial em larga escala ainda são em grande parte baseadas naquelas desenvolvidas na década de 1970."

"O campo chegou a um ponto em que algo novo precisa acontecer."

Uma maneira de projetar novos materiais é usar simulações de computador, mas esses simuladores não conseguiam acessar medições experimentais rigorosas para ancorar seu trabalho.

O pesquisador do Imperial acrescentou que seu “estudo agora permite que qualquer pessoa que queira sonhar com novos materiais ancore e valide seu trabalho com esses valores muito precisos de quão rápido a água é capaz de se mover através da membrana e com quais mecanismos a água pode se mover através desse plástico. Folha."

O estudo, que também incluiu pesquisadores da University College London e da Queen Mary University of London, foi realizado usando uma membrana de poliamida (PA), então o próximo passo da pesquisa seria examinar o comportamento das moléculas de água em outras membranas.

O professor Cabral disse que a equipe de pesquisa também gostaria de observar como as moléculas de água se comportam em outros cenários, como quando submetidas a diferentes níveis de pressão ou quando diferentes tipos de sais são removidos da água.

A pesquisa é publicada em Nature Communications . + Explorar mais

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