Em resposta à crescente escassez de água, O pesquisador líder do Laboratório Nacional de Argonne, Seth Darling, descreve as inovações de pesquisa mais avançadas que podem abordar a acessibilidade global à água potável. Seu artigo abrangente enfoca a compreensão e o controle das interfaces entre os materiais e a água.

As interfaces determinam o desempenho de tecnologias como sensores de qualidade da água, membranas de filtração e até tubos. Os laboratórios da própria Darling estão trabalhando em adsorventes para avançar no tratamento de água. Ele apresentou suas descobertas esta semana no Journal of Applied Physics .

Adsorventes

A adsorção é um dos melhores mecanismos para limpar a água. Nesse processo, contaminantes aderem à superfície de materiais porosos para maximizar a relação superfície-volume.

O carvão ativado altamente poroso é o mais amplamente utilizado porque é abundante e barato. Os zeólitos podem aprisionar moléculas inteiras em suas estruturas de gaiola cristalina 3-D, permitindo-lhes ligar seletivamente compostos específicos de soluções à base de água. Os sorventes à base de polímero têm flexibilidade quase ilimitada em seu design.

"Continuaremos a confiar [nessas] tecnologias comprovadas, "Darling disse." Mas também há uma necessidade urgente de sorventes que sejam mais eficazes e eficientes em termos de energia. "

Reutilização

A capacidade de reutilização é uma métrica crítica para materiais absorventes, o que pode reduzir significativamente os custos e aumentar a sustentabilidade de um processo de tratamento. As esponjas de espuma polimérica são candidatas promissoras para essa abordagem.

Querida está liderando um grupo que criou a esponja Oleo, que pode absorver 90 vezes seu peso em óleo em toda a coluna d'água. Para criar a esponja Oleo, os pesquisadores implementaram uma técnica chamada síntese de infiltração sequencial (SIS). Usando SIS, eles cresceram óxido de metal dentro das fibras de espuma para transformar a espuma de poliuretano comum, encontrado nas almofadas do assento, em um adsorvente de óleo.

O óxido serve como a "cola" à qual se fixam as moléculas que amam o óleo (oleofílicas). O óleo reutilizável é extraído da esponja, para que possa ser usado repetidamente.

Visando Poluentes Individuais

Os pesquisadores também estão projetando sorventes de próxima geração que têm maior especificidade - mais poder de ligação para direcionar poluentes individuais. Idealmente, os pesquisadores poderiam adaptar as propriedades interfaciais para adsorver moléculas específicas para capturar contaminantes da água desafiadores, como nutrientes e metais pesados.

Os pesquisadores agora estão investigando como reaproveitar estruturas metal-orgânicas (MOFs), um material já utilizado na sorção de gás, para este propósito. Relacionado a zeólitas, MOFs consistem em íons metálicos ou clusters ligados por ligantes orgânicos. MOFs têm uma grande área de superfície, estruturas controláveis ​​e poros ajustáveis.

“Temos uma crise de água, que se baseia no aumento da população, urbanização e perturbação do clima. E há um uso insustentável de nossa água, "Darling disse." Parte da solução para isso é por meio de soluções políticas, mas também precisamos de novos, tecnologias mais eficientes em termos de energia e econômicas. "