Membrana per filtrare liquidi attraverso liquidi

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A sinistra membrana LGM a destra, scansione della membrana con microscopio ottico. Fonte: newatlas.com

La filtrazione dell’acqua è un processo di importanza conclamata ma non è semplice come sembra. I pori delle membrane filtranti inevitabilmente si intasano e richiedono tempo e energia per pulirli o sostituire il mezzo filtrante. Una nuova ricerca mette in luce la possibilità di utilizzare un materiale bio-ispirato per filtrare liquidi utilizzando altri liquidi come mezzo filtrante per ottenere così membrane più efficienti e durevoli.

La filtrazione dell’acqua, non semplice come sembra

Il concetto base della filtrazione dell’acqua è utilizzare una membrana i cui pori sono abbastanza grandi da permettere il passaggio delle molecole d’acqua ma sufficientemente piccoli per trattenere le molecole inquinanti. Il problema nasce quando le molecole tendono ad accumularsi sulla membrana intasando i pori dando (fenomeno chiamato fouling).

Man mano che il fouling aumenta è necessaria una maggior differenza di pressione tra le due aree per permettere il passaggio dell’acqua attraverso la membrana, rendendo così la filtrazione più dispendiosa. Pulire o sostituire il mezzo filtrante sono anch’esse soluzioni dispendiose in termini di risorse e di tempo.

LGM: membrane a rivesimento liquido

Acronimo di Liquid-Gated Membrane la LGM è una membrana rivestita con un liquido che agisce come un cancello reversibile. Il liquido di rivestimento riempie i pori, quando si aumenta la pressione il liquido tende ad aderire alla superficie dei pori permettendo, al centro, il passaggio dell’acqua. Le particelle di inquinante non riescono a penetrare (in virtù anche della dimensione dei pori) e il rivestimento liquido tende a impedirne l’accumulo in prossimità dei pori. Come spesso accade nella ricerca scientifica, le membrane LGM sono ispirate a processi naturali; il loro funzionamento non è sostanzialmente diverso rispetto a quanto accade nelle foglie delle piante nel processo che permette loro di “respirare” anidride carbonica.

Le ultime ricerche

Il nuovo studio, pubblicato su APL Materials, ad opera dei ricercatori del Wyss Institute, della Northeastern University e dell’Università di Waterloo ha approfondito la questione relativa alle LGM.

Sono state realizzate membrane filtranti larghe 25 mm e hanno utilizzato il perfluoropolietere come liquido di rivestimento. Le membrane sono state impiegate per filtrare particelle di nanoclay da una soluzione acquosa volta a simulare le acque reflue prodotte dalle trivellazioni industriali.

I risultati dei test hanno evidenziato un rendimento energetico due volte migliore rispetto alle soluzioni tradizionali. E’ stata infatti necessario impiegare il 16% in meno di pressione per permettere il passaggio dell’acqua, le membrane inoltre sono durate il triplo rispetto alle soluzioni tradizionali prima di dover procedere con il ciclo di pulizia e si sono registrati accumuli di particelle di nanoclay inferiori del 60% (dato particolarmente incoraggiante perché la loro rimozione risulta piuttosto ostica).

Sviluppi futuri

La ricerca è ora volta ad ampliare il campo di applicazione delle LGM ad altri liquidi e ad altri inquinanti e al contempo valutarne la convenienza economica.

Soddisfatto di è detto Jack Alvarenga, primo autore dello studio, il quale afferma “Questo è il primo studio volto a dimostrare che le LGM possono garantire una filtrazione prolungata in un ambienti simili a quelli dell’industria pesante, e fornisce informazioni su come le LGM siano in grado di resistere a vari tipi di fouling, fatto che potrebbe comportare una loro applicazione pratica in una grande varietà di processi”.

Guarda la simulazione!

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