La osmosis directa y desalinizacion: nuevo metodo revolucionario

La ósmosis es un término que habitualmente se describe como la difusión natural del agua que pasa a través de una membrana semipermeable, desde una solución con una concentración comparativamente más baja, a una solución que posee una concentración más alta que la anterior. Esta definición se ha fagocitado por la de la hasta ahora única importante, la ósmosis inversa. Ahora, con la nueva ósmosis directa, o forward osmosis -en inglés- debemos repensar antes de hablar de ella.

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Al igual que la ósmosis inversa (RO), adelante de ósmosis (FO) utiliza una membrana semipermeable para separar el agua de solutos disueltos con eficacia. La membrana semipermeable actúa como una barrera que permite a pequeñas moléculas como el agua pase a través, mientras que el bloqueo de las moléculas más grandes como las sales, los azúcares, almidones, proteínas, virus, bacterias y parásitos (Figura 2).

En lugar de emplear la presión hidráulica como fuerza motriz para la separación en el proceso de osmosis inversa, PARA utiliza el gradiente de presión osmótica a través de la membrana para inducir un flujo neto de agua a través de la membrana en la solución de empate, por lo tanto separar eficientemente el agua dulce de sus solutos. Impulsado por un gradiente de presión osmótica, ya que no requiere una fuente de energía importante, sólo agitación o bombeo de las soluciones que se trate (Figura 3). PARA ofrece las ventajas de un alto rechazo de una amplia gama de contaminantes y menor propensión ensuciamiento de la membrana-que los tradicionales procesos de membrana conducido a la presión. Además, para procesamiento de alimentos y farmacéuticos, para los concentrados las corrientes de alimentación sin necesidad de altas presiones o temperaturas perjudiciales para la solución de alimentación.

PARA ha llamado mucho la atención por lo tanto con aplicaciones desarrolladas en diferentes ámbitos tales como el tratamiento de aguas residuales, farmacéutica y concentración de jugo, la desalinización, e incluso la generación de energía y agua potable, reutilización en el espacio. A la vista de un gran potencial de la técnica, los científicos de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular, la Alianza Singapur-MIT, y la Agencia para la Ciencia, la Tecnología y la Investigación (A * STAR) han estado trabajando juntos para explorar las posibilidades emocionantes de las promesas de la investigación.

Destilación con Membranas

de destilación por membrana (MD) combina la tecnología de membranas y procesamiento de la evaporación en una unidad. Implica el transporte de vapor de agua a través de los poros de las membranas hidrofóbicas a través de la diferencia de temperatura a través de la membrana. Durante casi tres décadas, MD ha sido considerada como un enfoque alternativo para las tecnologías de desalación convencionales, como la vaporización de etapas múltiples de flash y Rumanía.

Estas dos técnicas consisten en la energía y presión de trabajo de altura, respectivamente, que se traducen en costos operativos excesivos si los precios del petróleo suben continuamente. MD ofrece el atractivo de la operación a presión atmosférica y temperaturas bajas (30o – 90oC), con la capacidad teórica de alcanzar el 100% de sal rechazo.

Debido a su bajo requerimiento de energía, MD, junto con la energía solar, energía geotérmica, o calor residual puede alcanzar el costo y la eficiencia energética. El gobierno de Singapur ha mostrado recientemente su compromiso con la tecnología de energía solar mediante la asignación de S 170 millones dólares para su investigación y desarrollo.

Más temprano, la ciudad-estado se había posicionado como un hydrohub mundial para suministrar hasta el 5% del mercado mundial total de agua. La propuesta ideal es combinar ambos MD y la tecnología solar para lograr un sistema más barato y más eficiente en energía para la obtención de agua potable.
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Sin embargo, la industria no ha respondido totalmente a MD por varias razones: flujo de agua bajo (es decir, la productividad) y la escasez de datos de rendimiento a largo plazo debido a la humectación de la membrana microporosa hidrofóbica.

Materiales avances en las nuevas membranas microporosas de porosidad deseada, hidrofobicidad, baja conductividad térmica, baja y la contaminación son esenciales para poner más cerca de MD a la comercialización. Oportunidades tanto, los investigadores invitan membrana para mejorar el flujo en el proceso y aumentar su durabilidad fabricando las membranas hidrofóbicas super-alta permeabilidad y / o modificar las configuraciones del módulo MD.

De doble capa de fibras huecas hidrofílico-hidrofóbicas
Para mejorar el flujo en un proceso de MD, un posible enfoque consiste en la utilización de membranas hidrofílicas-hidrofóbicas. Reducir al mínimo el grosor de la capa funcional hidrofóbica y el uso de una capa hidrófila como el apoyo a la capa funcional delgada reducirá el vapor de agua de transferencia de masa resistencia a través de la membrana (Figura 4).

Por primera vez, el equipo fabricado de doble capa de fibras huecas hidrofílico-hidrofóbicas especialmente para destilación por membrana de contacto directo (DCMD) por la co-extrusión de dos diferentes modificados físicamente fluoruro de polivinilideno (PVDF) soluciones. La incorporación de partículas hidrofóbicas en la solución de la droga exterior hace que la capa externa delgada capa hidrofóbica fibra funcional.

Las exposiciones funcionales mixtos de matriz capa de un mayor hidrofobicidad con un ángulo de contacto de unos 140 ° C comparado con el obtenido de la clara PVDF, que está a unos 75 °. Combinando solución droga PVDF con partículas de polímero hidrofílico y poliacrilonitrilo permite la fabricación de la capa de soporte interno hidrofílico, lo que permite un ángulo de contacto, precios tan bajos como 50 °.

La morfología de las fibras con éxito hilado de doble capa (Figura 5) muestran la consecución de una estructura más conveniente es esponjoso y poroso altamente. Los investigadores probaron las fibras fabricadas en un proceso DCMD para obtener flujos tan altos como 55kg/m2hr a 90 ° C, que es mucho más alto que la mayoría de los datos existentes en la literatura abierta. A * STAR y NUS ha presentado una patente de esta invención.

Desconcertado diseños de módulos
Debido al efecto de la polarización de la temperatura (Figura 4) o disminución de la temperatura de membrana cruce (Tf-Tp), la transferencia de calor a través de la capa límite de la mayor parte de la superficie de la membrana a menudo limita la velocidad de transferencia de flujo en el MD. Así, para mejorar la transferencia de masa de flujo en MD, los investigadores deben minimizar este fenómeno.

Un enfoque alternativo para la mejora del flujo en aplicación MD se encuentra en la modificación de diseño del módulo por medio de espaciadores / pantallas / promotores de turbulencia. Los espaciadores pueden ayudar en el aumento tanto del calor y los coeficientes de transferencia de masa-a través de la generación de flujo de turbulencia, un cambio en las características de lo que aumentará el calor y la capa límite de transferencia de masa, lo que resulta en la transferencia de aumento en el flujo.

Los investigadores de Singapur emplean una serie de configuraciones de módulos sistemática en un intento de mejorar el flujo total. Se han incorporado diseños de módulos tales como el deflector, hélice externa, hélice interior, y el tamiz durante el proceso de fabricación de módulos (Figuras 6a-d). También han introducido dos configuraciones especiales (espaciador y módulos trenzado) (Figuras 6e-f) en las configuraciones de módulo.

Mediante la implementación de estos diseños de módulos diferentes, los investigadores observaron un aumento de 11-49% en el rendimiento de flujo en 75oC en relación con el módulo original, sin alteraciones (Figura 7). Es interesante observar que el flujo más alto alcanzado (49% de incremento) combinado dos tamices de plástico y la configuración de hélice interior a 75oC. La generación de la turbulencia, el aumento de contacto efectivo membrana de la superficie, y los efectos de flujo cruzado posiblemente en cuenta para la mejora en el rendimiento de MD.

A la investigación ha recibido la atención de la Junta de Servicios Públicos de (PUB) Centro de Estudios Avanzados de Tecnología del Agua en Singapur. Las negociaciones están en marcha para tener un proyecto común y ensayos a escala piloto en el pub.

Una universidad de Arabia Saudita y un instituto de investigación de Oriente Medio han expresado su interés por desarrollar una investigación en colaboración en el proyecto MD, mientras que una empresa de EE.UU. está mirando de licencias para las tecnologías de membrana.

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