Recenti ricerche pubblicate in un articolo in TECNOLOGIA ha riportato un nuovo design di una centrifuga a membrana nanoporosa ingrandita (vedi Figura 1 (a), (B), (C), e (d)) proposto per la desalinizzazione ad osmosi inversa, con proof of concept dimostrato attraverso simulazioni di dinamica molecolare su larga scala.

La tecnologia della membrana di separazione basata su nanomateriali è stata salutata come la svolta nella tecnologia di desalinizzazione, però, ci sono due principali ostacoli per prevenirlo nelle applicazioni reali:(1) la sfida dello scale-up, ovvero come realizzare una macchina dissalazione su macroscala con membrana nanoporosa, e (2) il problema delle incrostazioni, ovvero come impedire agli ioni Na+ e Cl- di bloccare i pori di dimensioni nanometriche senza consumare molta energia. In questo lavoro, un team di ricercatori, composto principalmente da studenti laureati e universitari dell'Università della California-Berkeley, hanno costruito un design ingegnoso di una centrifuga di desalinizzazione ingrandita (vedi Figura 1) decorata con una membrana porosa su scala nanometrica. I cerotti a membrana porosa su scala nanometrica fanno parte della struttura dei pori multiscala sulla parete della centrifuga (vedi Figura 1 (e) e (f)), in modo che possa essere facilmente fabbricato per operazioni di desalinizzazione su scala industriale.

Inoltre, in questo lavoro, abbiamo condotto una simulazione di dinamica molecolare su larga scala per dimostrare il meccanismo molecolare del processo di desalinizzazione, fornendo la prova del concetto del nuovo design. La simulazione della dinamica molecolare ha dimostrato in modo convincente che la forza centrifuga può bilanciare la forza di osmosi e fornire la spinta dell'acqua che filtra attraverso i pori su scala nanometrica. Per di più, trattando il fluido rotante nella centrifuga come flusso di Couette, la velocità angolare critica della centrifuga è derivata per la prima volta per tale classe di macchine dissalazione o centrifughe. I risultati della simulazione della dinamica molecolare hanno confermato la velocità angolare critica derivata dalla meccanica dei fluidi su scala continua.

Più significativamente, il team di ricerca ha scoperto che non c'è quasi nessuna incrostazione per la centrifuga di desalinizzazione durante la simulazione (vedi Figura 2). Si è riscontrato che la concentrazione di ioni non aumenta quando ci si avvicina alla parete della membrana, Invece, va giù, a causa degli effetti combinati della forza di Coriolis e del rifiuto del sale della parete della membrana di grafene, il che suggerisce un grande potenziale per tale centrifuga a membrana nanoporosa. Il rapporto sarà pubblicato nel numero di marzo 2018 della rivista TECNOLOGIA . In qualità di PI del progetto, Professor Shaofan Li dell'UC Berkeley, disse,

"Tra i cambiamenti climatici e le questioni di sostenibilità dell'acqua e dell'energia, la centrifuga a nanomembrana proposta è una tecnologia di desalinizzazione innovativa con un meccanismo autopulente e un'efficienza energetica notevolmente migliorata. I nostri risultati preliminari indicano che la centrifuga a membrana in grafene ha un grande potenziale per crescere e diventare il modello per i dispositivi di desalinizzazione industriale di prossima generazione.''