Pantallazo del video que muestra cómo la membrana de madera es hidrófoba (repele el agua). Crédito: D. Hou en la Universidad de Colorado Boulder
Una membrana hecha de una astilla de madera podría ser la respuesta a la limpieza de agua de fuentes renovables. La mayoría de las membranas que se utilizan actualmente para destilar agua dulce de sal están hechas de polímeros utilizados en combustibles fósiles.
Inspirados por el sistema intrincado de agua que circula en un árbol, un equipo de investigación de la Universidad de Maryland, la Universidad de Princeton y la Universidad de Colorado Boulder ha descubierto cómo usar una cortada delgada de madera como membrana a través de la cual se puede evaporar el vapor de agua. , dejando sal u otros contaminantes.
«Este trabajo demuestra otra aplicación emocionante de energía / agua de la madera nanoestructurada, como material de membrana de alto rendimiento», dijo Liangbing Hu, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Facultad de Ingeniería A. James Clark de la UMD, quien efectivamente el estudio. (Avances científicos, «Membrana de madera nanoestructurada hidrofóbica para una destilación térmicamente eficiente» ).
El equipo trató químicamente la madera para que se volviera hidrofóbica, de modo que permita el paso de vapor de agua de manera más eficiente, impulsada por una fuente de calor como la energía solar.
«Este estudio descubrió una nueva forma de utilizar las propiedades únicas de los materiales de madera como excelente aislante y transportador de vapor de agua», dijo Z. Jason Ren, profesor de ingeniería ambiental que recientemente se mudó de CU Boulder a Princeton, y el otro co Líder del equipo que realizó el estudio.
Los investigadores tratan la madera para que pierda su lignina, la parte de la madera que hace el marrón y rígida, y su hemicelulosa, que se teje entre la celulosa para mantenerla en su lugar. El » nanowood » resultó ser trata con silano, un compuesto utilizado para fabricar silicio para chips de computadora. La naturaleza semiconductora del compuesto mantiene las nanoestructuras naturales de la celulosa de la madera y se aferra menos a las moléculas de vapor de agua a medida que pasan. El silano también se usa en la fabricación de células solares.
La membrana parece una delgada pieza de madera, aparentemente blanqueada, que está suspendida sobre una fuente de vapor de agua. A medida que el agua se calienta y pasa a la fase gaseosa, las moléculas son lo suficientemente pequeñas como para pasar a través de los pequeños canales que recubren las paredes de la estructura celular sobrante. El agua recogida en el otro lado ahora está libre de contaminantes grandes como la sal.
Para probarlo, los investigadores destilan agua a través de él y descubrieron que funcionaba 1,2 veces mejor que una membrana convencional.
«La membrana de madera tiene una porosidad muy alta, lo que promueve el transporte de vapor de agua y evita la pérdida de calor», dijo el primer autor Dianxun Hou, estudiante de CU Boulder.
Inventwood, una empresa derivada de UMD del grupo de investigación de Hu, está trabajando en la descripción de las nanotecnologías basadas en madera.
Membrana de desalinización basada en nanowood
La naturaleza sostenible de los sistemas de desalinización de agua se puede mejorar con la disponibilidad de membranas de destilación obtenidas de un material renovable con las características térmicas e hidrofóbicas deseadas. Un equipo de investigación internacional demostró que una membrana de madera nanoestructurada es más eficiente en relación con las membranas de plástico a base de petróleo utilizado para la desalinización.
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Se trataron muestras de tilo americano* para eliminar la hemicelulosa y la lignina, seguido de tratamiento con silano para impartir hidrofobicidad. Luego se cortó la madera en láminas de aproximadamente 500 micras de espesor y se suspendió sobre una fuente de vapor de agua. A medida que el agua se calienta y pasa a una fase gaseosa, las moléculas se vuelven lo suficientemente pequeñas como para atravesar los pequeños canales dentro de la madera tratada, lo que permite acumular agua sin sal en el lado superior.
Durante los experimentos, el material nanowood mostró un buen flujo de agua y una excelente eficiencia térmica de hasta el 70%, comparable o incluso mayor que las membranas poliméricas comerciales derivadas de productos derivados del petróleo. La excepcional eficiencia térmica se atribuyó a su alta permeabilidad intrínseca y baja conductividad térmica, que promovió la transferencia de calor por convección y conductividad, respectivamente. La membrana nanowood también produjo 1,2 veces el permeado de agua dulce de las membranas comerciales de politetrafluoroetileno por kilojulio de energía térmica a 60 ° C.
Investigadores de la Universidad de Maryland, la Universidad de Princeton, la Universidad de Colorado, la Universidad de Ciencia y Tecnología de Noruega, la Academia de Ciencias de China y la Universidad de California en Los Ángeles contribuyeron a este estudio.
HISTORIA COMPLETA en la revista Science
Fuentes: Globalspec , Nanowerk .
Tilo americano* Tilia americana L. Por ligera, poco nerviosa y blanda la madera se utiliza para: chapas decorativas, tableros contrachapados, carpintería interior, mobiliario y ebanistería, instrumentos musicales, cajas, empaques para alimentos. Alimento para ganado.
