Desalinación con varias hojas de grafeno nanoporosas reforzadas con nanotubos de carbono

Las moléculas de agua tienen un tamaño de unos 0.32 nm (nanómetros), mientras que muchas sales tienen iones de unos ~0.7  nm (0.716 nm para Na+ y 0.662 nm para K+); un material con nanoporos de unos ~0.55 nm podría desalinar agua. Usar grafeno con nanoporos de este tamaño parece prometedor, pero agujereado pierde rigidez. Además, para mejorar el filtrado conviene usar varias hojas de grafeno con nanoporos, lo que requiere un refuerzo mecánico. Se publica en Science que este refuerzo se puede realizar usando nanotubos de carbono (grafeno plegado en forma de tubos). Por supuesto, solo se han logrado fabricar membranas en la escala del centímetro. La aplicación práctica en plantas de desalinado requiere muchos metros cuadrados, luego queda mucho tiempo y trabajo.

Quizás no acabemos teniendo plantas de desalinado basadas en grafeno, pero las ideas inspiradas en este material acaban siendo exploradas con otros materiales 2D. Nanopelículas bidimensionales de zeolitas con poros uniformes de unos ∼0.5 nm, o de disulfuro de molibdeno, más fáciles de apilar, parecen más prometedoras. Mucha gente que se queja de que la revolución del grafeno no acaba de llegar debería recordar que fue el origen de la revolución de los materiales 2D; con decenas de estos materiales, resulta difícil que su nicho tecnológico sea exclusivo, pero casi siempre será el primer material que se usará para el desarrollo de prototipos.

El artículo es Yanbing Yang, Xiangdong Yang, …, Xiangfeng Duan, «Large-area graphene-nanomesh/carbon-nanotube hybrid membranes for ionic and molecular nanofiltration,» Science 364: 1057-1062 (14 Jun 2019), doi: 10.1126/science.aau5321; más información divulgativa en Baoxia Mi, «Scaling up nanoporous graphene membranes,» Science 364: 1033-1034 (14 Jun 2019), doi: 10.1126/science.aax3103.

El dispositivo fabricado es muy pequeño, con una membrana del orden de un centímetro cuadrado. Además, su porcentaje de filtrado depende del tamaño de la molécula de sal y del número de hojas de grafeno apiladas. Como muestra esta figura (abajo, derecha), para una sola hoja de grafeno se alcanzan porcentajes de rechazo de iones KCl y NaCl superiores pero cercanos al 85%. Para varias hojas de grafeno (no mostrado en la figura) se alcanzan rechazos del 98.1 ± 0.3% para NaCl y del 97.1 ± 0.6% para KCl. Lo más prometedor es que se observa una dependencia lineal del flujo de agua frente a la concentración de sal; hay que recordar que esta curva se satura para altas concentraciones de sal en las membranas de triacetato de celulosa comerciales.

Las membranas híbridas GNM/SWNT (Graphene-NanoMesh/Single-Wall carbon-NanoTube) muestran un gran área para la purificación eficiente de agua. Su alta permeabilidad al agua y su excelente selectividad al tamaño de los iones las hacen muy atractivas para futuras aplicaciones. Pero, como siempre con el grafeno, estas ideas deben ser consideradas como una inspiración para futuros tratamientos de agua, robustos y eficientes, basados en otros materiales 2D. Nadie debería pensar que esta aplicación será el nicho tecnológico que popularizará el grafeno a nivel industrial.



3 Comentarios

  1. Francis
    En algun momento la desalinizacion podra usar igual energia o menos que el metodo de menor usod e energia para potavilizar agua? o hay un limite teorico al uso de energia en desalinizacion
    Otra pregunta llegar la desalinizacion sin importar el la eenrgia a poder competir por precio con otro metodo de potavilizacion

    1. La desalinización será uno de los principales objetivos de la ciencia en un futuro cercano, el crecimiento demografico aunado a la creciente contaminación de fuentes de agua dulce, tendrá como alternativa el mar, el agua marina será la solución a la ya próxima escasez del preciado líquido.

  2. Excelente artículo. Vengo «siguiendo» al grafeno desde hace varios años.
    Hace no mucho, investigadores de la Universidad de Sidney hicieron pruebas de filtrado en la bahía, una de las más contaminadas del mundo, con un espectacular resultado.
    Como bien se menciona aquí, hay dificultad para hacer estructuras de grafeno de mayor tamaño. Recientemente se publicó que jóvenes investigadores de la U. de Cambridge formaron una «start-up» para la producción comercial de «hojas» de grafeno.
    A esperar un poco, pues.
    Mil gracias Don Francisco por su claro y ameno artículo.

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 10 julio, 2019
Categoría(s): ✓ Ciencia • Física • Noticias • Physics • Science
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