Científicos del Imperial College de Londres han demostrado por primera vez cómo pasa el agua a través de una membrana de filtración durante el proceso de desalinización a nivel molecular, lo que podría tener un impacto significativo en los procesos de purificación y desalinización del agua, que son importantes para el agua potable y el agua utilizada para procesos industriales, incluso en la agricultura y los sistemas energéticos.
En su investigación, estudiaron cómo se mueven las moléculas de agua en un espacio confinado, en este caso a través de una membrana de poliamida (PA) que se utiliza para eliminar la sal del agua de mar para producir agua dulce.
Hasta ahora se pensaba que el agua se comportaba dentro de las membranas de forma similar a como lo hace cuando no está atrapada, como cuando el agua se mantiene en un vaso, pero esto le parecía poco probable al profesor Joao Cabral, autor principal del estudio, del Departamento de Ingeniería Química del Imperial. "Eso me parecía poco razonable: que una molécula confinada en espacios sólo ligeramente mayores que el tamaño de las propias moléculas se moviera como si estuviera libre de obstáculos", comenta.
Así, el equipo de investigación utilizó una técnica experimental denominada dispersión cuasielástica e inelástica de neutrones en un reactor nuclear para medir la geometría de los movimientos moleculares del agua y calcular los coeficientes de difusión múltiple, es decir, la rapidez con la que el agua se difundía a través del material de la membrana. Esto les permitió entender lo que ocurría a nivel molecular, con los investigadores midiendo las interacciones entre los neutrones y una muestra para interpretar las propiedades de las moléculas de agua.
El profesor Cabral señala que este tipo de experimentos complejos sólo son posibles gracias a la colaboración internacional, en este caso con expertos del Instituto Laue-Langevin de Grenoble (Francia).
Diseñar la próxima generación de membranas
La importancia del estudio radica en que permitirá a los ingenieros que están diseñando la próxima generación de membranas para la desalinización y la purificación del agua afianzar su trabajo con mediciones precisas. "La gente intenta diseñar nuevos materiales y la forma de hacerlo puede ser a través de la prueba y el error, por lo que los ingenieros intentarán combinar diferentes materiales hasta obtener propiedades superiores", dijo el profesor Cabral. "Este método empírico ya ha llegado a su fin, porque las membranas actuales para la desalinización industrial a gran escala siguen basándose en las desarrolladas en los años 70. El campo ha llegado a un punto en el que hay que hacer algo nuevo".
Una forma de diseñar nuevos materiales es utilizar simulaciones por ordenador, pero estos simuladores no han podido acceder hasta ahora a mediciones experimentales rigurosas para afianzar su trabajo. En este sentido, el investigador del Imperial añadió: "Nuestro estudio permite ahora a cualquiera que quiera soñar con nuevos materiales anclar y validar su trabajo con estos valores tan precisos de la rapidez con la que el agua es capaz de moverse a través de la membrana y con qué mecanismos puede moverse el agua a través de esta lámina de plástico".
El estudio, en el que también participaron investigadores del University College de Londres y de la Queen Mary University of London, se realizó con una membrana de poliamida (PA), por lo que el siguiente paso de la investigación sería examinar el comportamiento de las moléculas de agua en otras membranas.
Finalmente, Cabral dijo que al equipo de investigación también le gustaría observar cómo se comportan las moléculas de agua en otros escenarios, como cuando se someten a diferentes niveles de presión o cuando se eliminan diferentes tipos de sales del agua.
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