Plataforma de fluxo de pesquisadores avança a tecnologia de coleta de água

Separação de fluxo em SLIPS reentrantes hidrofílicos. (A) Esquema de separação de fluxo. As pequenas gotas movem-se para os canais reentrantes devido ao efeito de engrossamento. Enquanto isso, as colunas de líquido dentro de cada canal reentrante deslizam devido à gravidade. As setas mostram a direção de movimento das gotas menores. (B) Imagens microscópicas da separação do fluxo. As setas brancas mostram que gotículas menores se movem em direção aos canais reentrantes. As gotas são removidas da superfície. (C) Esquema de condensação gota a gota com gota de engrossamento em uma superfície plana escorregadia. A pequena gota sobe no menisco de óleo e se aglutina com uma maior. (D) Imagens de microscópio das gotículas de engrossamento. As setas mostram a direção de movimento das gotas menores. (E) As taxas de cobertura de superfícies com separação de fluxo e condensação gota a gota no estado estacionário. (F) Os pesos de coleta de água de superfícies com separação de fluxo e condensação gota a gota. Crédito:Zongqi Guo et al, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI:10.1073/pnas.2209662119

A megaseca deste verão no oeste dos EUA e o fracasso de uma estação de tratamento de água do Mississippi demonstraram a necessidade de formas alternativas de acesso à água durante a escassez.
Uma solução para a escassez de água é coletar água do ar. O Dr. Xianming "Simon" Dai, professor assistente de engenharia mecânica na Escola Erik Jonsson de Engenharia e Ciência da Computação da Universidade do Texas em Dallas, está trabalhando em tecnologia para possibilitar que qualquer pessoa tenha um dispositivo portátil acessível que possa acessar a água em qualquer lugar, a qualquer hora, sem usar energia externa.

Dai e sua equipe de pesquisadores recentemente avançaram nessa tecnologia desenvolvendo uma nova plataforma para acelerar o processo de colheita. A equipe demonstrou a plataforma em um estudo publicado on-line em 29 de agosto na revista Proceedings of the National Academy of Sciences .

A plataforma resolve um problema importante na coleta de água:as gotas de água coletadas formam uma barreira térmica que evita mais condensação, então elas precisam ser removidas da superfície o mais rápido possível para dar espaço para mais coleta.

A equipe da UTD abordou esse problema desenvolvendo uma plataforma com uma forma única. Eles cortam uma série de canais semelhantes a cogumelos – menores em diâmetro que um fio de cabelo humano – na superfície de coleta, de modo que parte do material da superfície pende sobre cada canal. À medida que as gotículas se acumulam na superfície, elas são absorvidas pelos canais, mas o design do cogumelo impede que a água flua de volta para a superfície de coleta inicial. A água colhida é coletada através desses canais.

A chave para o sucesso da plataforma é uma nova superfície escorregadia de separação de fluxo construída com base no trabalho anterior de Dai em 2018 para capturar água do nevoeiro e do ar. Inspirado em folhas de arroz e plantas de jarro que podem prender e direcionar gotículas de água, a superfície porosa hidrofílica escorregadia com infusão de líquido (SLIPS) tem uma propriedade exclusiva de absorção de água que ajuda a direcionar as gotículas de água para os canais. Os canais também são revestidos com SLIPS, o que ajuda a evitar que o líquido retroceda na superfície de coleta inicial.

“A força de tensão da superfície move o líquido da superfície de coleta para o canal, o que é bom para a coleta contínua de água”, disse Dai. “Os canais semelhantes a cogumelos são únicos porque bloqueiam o líquido dentro”.

A publicação marcou uma grande conquista para Zongqi Guo, Ph.D., primeiro autor do estudo, que se formou em dezembro.

"Este trabalho é um resumo da minha pesquisa de doutorado. Combinamos microfluídica, microfabricação e química de superfície para desvendar os novos fundamentos para a sustentabilidade da água, que é a separação de fluxo", disse Guo, agora pós-doutorando na Universidade de Minnesota.

A tecnologia tem uma variedade de aplicações, incluindo usos militares. "Os soldados precisam poder beber água onde quer que estejam", disse Dai. "Isso requer uma tecnologia descentralizada de coleta de água."

Como a tecnologia remove a umidade do ar, também pode ser útil no processamento de alimentos e outros ambientes que exigem controle de umidade, disse ele. Dai's team continues to improve the technology and work toward making broader impacts.

Dr. Joshua Summers, professor and department head of mechanical engineering, said Dai's research addresses the importance of improving the welfare of all people.

"Hopefully, this publication can help stimulate the scientific discovery and engineering of solutions that can be widely deployed where moisture should be harvested," Summers said. "As a huge 'Star Wars' fan, I am excited to see that we are moving closer to the 'moisture farms' of Luke's youth."

Co-authors of the study include Dylan Boylan, mechanical engineering graduate student, and Dr. Li Shan, mechanical engineering research associate. + Explorar mais