Tratamiento de agua económico y respetuoso con el medio ambiente
- Nanotecnología
- mayo 9, 2022
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Se ha establecido un enfoque directo para desarrollar un evaporador solar ecológico y de bajo costo con geometría adaptable mediante la integración de nanotubos de carbono (CNT) en una matriz de hidrogel de alginato de sodio (SA) en una nueva investigación. ciencia de todo el medio ambiente.
Estudio: Hidrogeles de biomasa combinados con nanotubos de carbono para la purificación de agua a través de la generación de vapor solar eficiente y continua. Crédito de la foto: Meta.K/Shutterstock.com
La urgente necesidad de un tratamiento eficaz del agua
El agua dulce es fundamental para la vida humana, el progreso social y el crecimiento económico. La escasez de agua dulce es un problema global apremiante, con casi el 58 por ciento de la población mundial sufriendo escasez de agua.
La contaminación de las aguas residuales se está convirtiendo en un problema cada vez más importante. Varias industrias generan enormes cantidades de aguas residuales orgánicas con un alto contenido de sal en sus plantas de producción. Si no se gestiona adecuadamente, puede representar una amenaza para el bienestar humano y los ecosistemas circundantes.
Se han explorado varias tecnologías de tratamiento del agua, como el tratamiento osmótico, la oxidación mejorada, el tratamiento biológico y los enfoques de adsorción, para tratar eficazmente la contaminación del agua y obtener agua limpia.
Sin embargo, la aplicación de estas técnicas está sujeta a importantes limitaciones geográficas y económicas, especialmente en pueblos remotos o regiones inaccesibles. En estas áreas, las tecnologías de tratamiento a menudo no son rentables debido al importante consumo de energía, costosa instalación, mantenimiento y operación. Por lo tanto, es importante desarrollar tecnologías efectivas y de bajo costo para el tratamiento del agua y la eliminación de contaminantes para proporcionar fuentes frescas.
La generación de vapor solar podría ser la clave
La generación de vapor solar comercializada, una técnica económica y sostenible para mejorar la calidad del agua y producir agua limpia a partir de agua salada o aguas residuales mediante el uso de la energía solar como fuente de energía, tiene importantes perspectivas de industrialización y es una técnica de purificación de agua viable y respetuosa con el medio ambiente.
Mejorar la eficiencia de la vaporización siempre se ha considerado fundamental para el desarrollo y la implementación de tecnologías de vaporización con energía solar.
Un material de evaporación perfecto debe tener una fuerte capacidad de conversión fototérmica, naturaleza hidrófila y porosidad interna para un suministro de agua rápido y continuo, así como un bajo costo y una buena reutilización.
papel de los nanotubos de carbono
Debido a su gran área específica, excelente robustez mecánica, falta de contaminación secundaria, notable capacidad de fotoabsorción de banda ancha y bajo costo, los nanotubos de carbono (CNT) se han aplicado ampliamente para la captación solar a baja temperatura (por debajo de 100 °C). Los nanotubos de carbono se utilizan como sustancias de transformación fototérmica y, hasta la fecha, se han desarrollado varios diseños de evaporadores solares.
Hidrogeles: los polímeros que pueden atrapar agua
Los hidrogeles son andamios reticulados en 3D de materiales hidrofílicos poliméricos que pueden recolectar y almacenar cantidades significativas de H2O a través de interacciones electrostáticas o enlaces de hidrógeno. Los grupos hidrófilos forman enlaces de hidrógeno e interacciones intermoleculares con el agua, lo que da como resultado una entalpía de vaporización reducida.
Se pueden agregar fácilmente elementos operativos adicionales a la matriz de hidrogel y al transporte de agua. La manipulación morfológica podría manejar eficazmente el escudo térmico en hidrogeles a granel y convertirlos en materiales prometedores. Las matrices de hidrogel pueden ser naturales o sintéticas dependiendo de cómo se formen.
Los hidrogeles biológicos generados a partir de polímeros orgánicos como los péptidos superan a los hidrogeles sintetizados en términos de abundancia, rentabilidad y respeto por el medio ambiente.
El alginato de sodio (SA) consta de varios grupos carboxilo en sus cadenas poliméricas, ya que es un biopolímero orgánico derivado del sargazo o comercialmente de algas pardas. Estos grupos pueden ser convenientemente integrados por Ca2+ Reticulación para crear un sistema continuo de hidrogel que permita la producción a gran escala de evaporadores solares altamente eficientes y rentables.
Conclusiones clave del estudio
En resumen, se desarrolló una nueva forma de evaporador solar ecológicamente viable basado en un hidrogel obtenido orgánicamente. El CSG con una concentración de SA de 4 % en peso y un contenido de CNT de 0,05 % en peso mostró la mejor eficiencia térmica.
La capacidad de CSG para desalinizar de forma eficaz el agua salada mediante la evaporación con una excelente estabilidad y fiabilidad, con una eficiencia de eliminación de más del 99,3 % de Ca2+k+miligramos2+y bueno+ en agua de mar, me pareció muy útil. Una tasa de evaporación estabilizada de 1.565 kg m-2 H-1 está disponible después de 15 procesos de evaporación en una solución de NaCl al 3,5% en peso. El mecanismo de evaporación CSG también ha demostrado su eficacia en el tratamiento operativo de agua contaminada, así como en aguas residuales de tintes naturales.
Esta investigación presenta un enfoque sencillo, pragmático y rentable para desarrollar vaporizadores solares de hidrogel innovadores. Los CSG a gran escala para la destilación y el tratamiento del agua se pueden construir cambiando el tamaño de las PU, utilizando energía térmica para llevar a cabo un tratamiento de purificación de agua salada estable y eficiente y, por lo tanto, tiene una amplia gama de aplicaciones.
referencia
Jiang Y, An N y otros. (2022). Hidrogeles de biomasa combinados con nanotubos de carbono para la purificación del agua a través de la generación de vapor solar eficiente y continua. ciencia de todo el medio ambiente. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.155757
