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Un team guidato da ricercatori dell'Imperial College London ha studiato come le molecole d'acqua si muovono in uno spazio ristretto, in questo caso attraverso una membrana di poliammide (PA) che viene utilizzata per rimuovere il sale dall'acqua di mare per produrre acqua dolce.
Lo studio potrebbe avere un impatto significativo sui processi di depurazione e dissalazione dell'acqua, importanti per l'acqua potabile e l'acqua utilizzata per i processi industriali, anche in agricoltura e nei sistemi energetici.
In precedenza si pensava che l'acqua si comportasse all'interno delle membrane in modo simile a come si comporta quando non è intrappolata, come quando l'acqua è tenuta in un bicchiere, ma questo sembrava improbabile al professor Joao Cabral, autore principale dello studio, dal Dipartimento di Ingegneria Chimica dell'Imperial.
Il professor Cabral afferma che "mi sembrava irragionevole:una molecola confinata in spazi solo leggermente più grandi delle dimensioni delle molecole stesse si muoverebbe come se non fosse ingombrante".
Il team di ricerca ha utilizzato una tecnica sperimentale chiamata dispersione dei neutroni quasi elastica e anelastica in un reattore nucleare per misurare la geometria dei movimenti molecolari dell'acqua e calcolare coefficienti di diffusione multipli, ovvero la velocità con cui l'acqua si stava diffondendo attraverso il materiale della membrana.
Questo ha permesso loro di capire cosa stava succedendo a livello molecolare, con i ricercatori che hanno misurato le interazioni tra i neutroni e un campione per interpretare le proprietà delle molecole d'acqua.
Il professor Cabral ha osservato che questi tipi di esperimenti complessi sono realizzabili solo attraverso la collaborazione internazionale, in questo caso attraverso il lavoro con esperti dell'Institut Laue–Langevin di Grenoble, in Francia.
Progettare la prossima generazione di membrane
Il significato dello studio è che consentirà agli ingegneri che stanno progettando la prossima generazione di membrane per la desalinizzazione e la purificazione dell'acqua di ancorare il proprio lavoro con misurazioni precise.
Il professor Cabral ha affermato che "le persone stanno cercando di progettare nuovi materiali e il modo per farlo può essere attraverso tentativi ed errori, quindi gli ingegneri cercheranno di combinare materiali diversi fino a ottenere proprietà superiori".
"Quel modo empirico ha praticamente fatto il suo corso, perché le attuali membrane per la desalinizzazione industriale su larga scala sono ancora generalmente basate su quelle sviluppate negli anni '70."
"Il campo ha raggiunto un punto in cui deve accadere qualcosa di nuovo."
Un modo per progettare nuovi materiali consiste nell'utilizzare simulazioni al computer, ma in precedenza questi simulatori non erano in grado di accedere a rigorose misurazioni sperimentali per ancorare il loro lavoro.
Il ricercatore Imperial ha aggiunto che il loro "studio ora consente a chiunque voglia inventare nuovi materiali di ancorare e convalidare il proprio lavoro con questi valori molto precisi per quanto riguarda la velocità con cui l'acqua è in grado di muoversi attraverso la membrana e con quali meccanismi l'acqua può muoversi attraverso questa plastica foglio."
Lo studio, che ha coinvolto anche ricercatori dell'University College London e della Queen Mary University di Londra, è stato condotto utilizzando una membrana in poliammide (PA), quindi il passo successivo per la ricerca sarebbe esaminare il comportamento delle molecole d'acqua in altre membrane.
Il professor Cabral ha affermato che il team di ricerca vorrebbe anche esaminare come si comportano le molecole d'acqua in altri scenari, ad esempio quando vengono poste a diversi livelli di pressione o quando diversi tipi di sali vengono rimossi dall'acqua.
La ricerca è pubblicata su Nature Communications . + Esplora ulteriormente
