Enquanto em missões sem acesso a água potável, os fuzileiros navais dos EUA enfrentam o desafio de obter e armazenar água potável suficiente para sustentá-los. Os pesquisadores da Penn State, liderados por Chris Arges, professor associado de engenharia química da Penn State, estão trabalhando para uma opção de purificação realista que seja portátil, leve e fácil de operar.
Ele e o co-investigador principal Christopher Gorski, professor associado de engenharia civil e ambiental da Penn State, buscam avançar em um método de purificação de água, conhecido como deionização capacitiva de membrana (MCDI).

“Embora a maior parte da dessalinização global utilize um processo conhecido como osmose reversa em instalações de produção centralizadas, não é adequado para equipes militares, pois requer tubulação e hardware de alta pressão e é difícil de operar em campo”, disse Arges. "O MCDI, por outro lado, é eficaz, móvel e energeticamente eficiente."

Estimulado por bateria ou eletricidade alimentada por energia solar, o MCDI utiliza membranas de troca iônica e eletrodos porosos para separar íons, como sódio e cloreto, da água. Segundo Arges, o método é eficaz para águas subterrâneas ou salobras, mas não purifica suficientemente fontes de água mais concentradas, como a água do mar.

“A eletricidade faz com que os íons de sódio migrem através da membrana de troca catiônica para um eletrodo carregado negativamente, enquanto os íons cloreto migram através da membrana de troca aniônica para um eletrodo carregado positivamente, um processo conhecido como princípio de eletrossorção”, disse Arges. "Capturar os íons do líquido leva à água potável desionizada."

À medida que mais e mais água é tratada na unidade MCDI, os eletrodos ficam saturados com sal, tornando-os incapazes de remover tanto sal da água. Nesse ponto, disse Arges, os eletrodos podem ser regenerados diminuindo o fluxo de água e invertendo a polaridade da célula.

"Esta etapa do processo desperdiça parte da água, mas também produz energia elétrica que pode ser recuperada e aplicada no próximo ciclo de dessalinização para reduzir a carga geral de energia", disse Arges. "Isso permite que a MDCI permaneça com eficiência energética."

Para melhorar o efeito do MDCI em fontes de água mais concentradas, Arges e sua equipe irão redesenhar o módulo de célula eletroquímica usado no MCDI. Com ferramentas do Laboratório de Nanofabricação do Instituto de Pesquisa de Materiais da Penn State, os pesquisadores fabricarão poços microscópicos em um padrão de intertravamento na superfície da membrana. Isso aumenta a área interfacial entre a membrana e os eletrodos, melhorando o contato e reduzindo a distância que os íons sódio e cloreto precisam percorrer para atravessar a interface eletrodo-membrana.

Além disso, os poços permitem que o material do eletrodo armazene mais íons de sódio e cloreto. Isso permite que os usuários purifiquem a água por períodos mais longos antes de recorrer à regeneração. Se for bem-sucedida, a unidade MCDI aprimorada poderá purificar não apenas a água do solo e salobra, mas também a água do mar, disse Arges.

Em pesquisas anteriores, Arges e sua equipe usaram com sucesso padrões de membrana semelhantes para separar íons hidrônio e hidróxido da água em membranas bipolares para produzir oxigênio e hidrogênio em uma célula de eletrólise.

"Acreditamos que o aumento da área interfacial reduzirá a resistência ao transporte iônico, levando a uma água mais limpa em maiores quantidades", disse Arges. + Explorar mais

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