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HPC acelera los esfuerzos de desalinización

Hola y mil gracias por leerme. Yo soy Simón Sánchez y en el día de hoy te voy a contar sobre HPC acelera los esfuerzos de desalinización

Con los largos períodos de sequía que conducen a las estaciones secas, los pensamientos se vuelven hacia la promesa de larga data que es la desalinización. Junto a California, que se enfrenta a una de las peores sequías registradas, está el vasto Océano Pacífico, si tan solo la sal pudiera separarse del precioso H2O de una manera económicamente factible. Introduzca el grafeno. El material de carbono ultrafino que tanto ha provocado a la industria informática como material semiconductor potencial podría tener otro uso para convertir el agua salada en agua potable sin sal. Según una nueva investigación del Laboratorio Nacional Oak Ridge y el Instituto Politécnico Rensselaer, un material híbrido, llamado marco de óxido de grafeno, o GOF, podría proporcionar una gran ventaja sobre los ineficientes procesos de desalinización actualmente en uso.

«Se trata básicamente de láminas de grafeno oxidado unidas por ligadores químicos específicos de algunos de los sitios de oxidación», explica Bobby Sumpter de ORNL. “Dado que está compuesto principalmente de carbono altamente unido, no se descompone en agua y tiene buenas propiedades mecánicas. Es un material interesante con potencial para numerosas aplicaciones «.

Sumpter y Vincent Meunier de RPI fueron inicialmente las propiedades electrónicas sintonizables de los GOF, pero con la ayuda de simulaciones de supercomputadoras realizadas en el Centro de Innovaciones Computacionales de RPI, pronto reconocieron el potencial del material para ser utilizado como una membrana de desalinización, capaz de para eliminar del agua contaminantes como los iones de sal, que se muestran a continuación en azul y verde.

Entre las técnicas actuales para la extracción de sal del agua salada, los sistemas de ósmosis inversa se utilizan en aproximadamente el 40% de los planes de desalación. El método empuja el agua salada a través de una membrana semipermeable para generar agua dulce, pero con la ósmosis inversa, la velocidad es un factor limitante. La membrana solo puede soportar una cierta presión de agua.

«Puede tener un gran material de membrana, pero si solo puede procesar una taza de agua al día, no será útil ni rentable», dice Meunier.

Sumpter, Meunier y Adrien Nicolaï de RPI crearon modelos computacionales a nivel atómico y luego decidieron determinar la configuración ideal para una membrana de desalinización GOF. Se utilizaron computadoras de alto rendimiento para simular diferentes elementos del proyecto. El equipo estaba preocupado por cómo el espesor de la capa, la densidad de los pilares de conexión y la presión aplicada afectan el rendimiento del material.

El punto óptimo para eliminar la sal de la manera más eficiente posible implicaba equilibrar la selectividad y la permeabilidad de la membrana.

Las simulaciones mostraron dónde el ajuste fino de la instalación GOF aumentaría su capacidad para manejar una carga mayor. Se cree que la nueva tecnología funciona unas 100 veces más rápido que los materiales que se utilizan actualmente como membranas de ósmosis inversa. La adición de grafeno repelente al agua como parte de la membrana porosa aumenta aún más el rendimiento.

«El agua está tratando de evitar el contacto con el grafeno, por lo que se puede diseñar de una manera que obligue al agua a no estar cerca de una capa, pero tampoco a estar cerca de la otra», dijo Meunier. «Este efecto crea canales que dirigen el agua a través del sistema muy rápidamente».

Aunque esta investigación se centra en los iones de sal, el material GOF tiene otras aplicaciones, incluso como función de membrana de filtración para contaminantes como las bacterias. Además, los GOF se fabrican con materiales abundantes y económicos mediante un proceso de fabricación estándar, lo que prepara el escenario para esfuerzos de desalinización más rentables.

«Creemos que es escalable, que la industria de la ingeniería química podría producirlo a granel», dijo Sumpter.

Los resultados de la investigación se publicaron en la revista Physical Chemistry Chemical Physics. En los últimos años, el campo de la investigación de materiales ha crecido a pasos agigantados gracias al modelado computacional. Los investigadores señalan que las colaboraciones interdisciplinarias y la nanociencia están teniendo un gran impacto en áreas que benefician a la humanidad.

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