Un nuovo dispositivo di distillazione può riciclare meglio i contaminanti prodotti da un impianto di desalinizzazione per ridurre drasticamente i rifiuti.

Quando l'acqua di mare viene purificata utilizzando membrane ad osmosi inversa, una salamoia liquida contenente sali e altre impurità viene spesso dispersa direttamente nell'ambiente. Norme rigorose stanno ora spingendo gli impianti di desalinizzazione ad adottare i principi dello scarico di liquidi zero per trattare queste acque reflue. Tecnologie attuali, però, affidarsi a costosi trattamenti elettrici o termici per concentrare la salamoia.

Peng Wang e i colleghi del Water Desalination and Reuse Center di KAUST stanno studiando un approccio più sostenibile. Il team sta sviluppando dispositivi di distillazione fototermica solare in grado di convertire la luce solare in calore. Quando posto su un tipico campione di salamoia liquida, questi dispositivi fototermici possono far evaporare l'acqua con un'efficienza energetica del 90%.

Un problema con l'utilizzo di dispositivi di distillazione solare per isolare l'acqua pulita dalla salamoia è che quando il liquido evapora c'è un forte aumento delle concentrazioni di sale nell'effluente. Ciò può causare la formazione di una crosta spessa sopra il materiale fototermico, bloccando l'assorbimento della luce solare e riducendo drasticamente il tasso di distillazione.

Wang e colleghi hanno osservato come il sale precipitasse in piano, membrane a forma di disco per comprendere meglio la formazione della crosta. Gli esperimenti di distillazione solare hanno mostrato che la struttura multistrato silice-carbonio-silice delle loro membrane evaporava efficacemente l'acqua pura, ma non salamoia. Dopo alcune ore, cristalli di sale apparvero ai bordi del disco, eventualmente diffondendosi per coprire la maggior parte della membrana, ad eccezione del centro stesso.

"Quando abbiamo analizzato queste immagini, ci siamo concentrati sulle zone centrali sempre scoperte anche con diverse concentrazioni di sale, " dice Wang. "Ci hanno aiutato a capire che la progettazione strutturale può essere la chiave per prestazioni più elevate, piuttosto che sintesi materiale."

Utilizzando un modello semplice, i ricercatori hanno dedotto che il diametro interno dell'anello di crosta poteva essere previsto dalla concentrazione di sale della salamoia. Hanno ipotizzato che piegando la membrana piatta in una nuova forma, una tazza 3D con una base circolare delle dimensioni esatte della zona priva di sale, avrebbero potuto indurre i sali a precipitare sul lato della tazza sopra l'interfaccia del liquido.

I test con la coppa 3-D hanno prodotto risultati notevoli:con rapporti altezza/base ottimizzati, il dispositivo recuperava quasi il 100% della salamoia come sale solido e poteva funzionare per giorni senza manutenzione.

"Le intuizioni di questo lavoro sono piuttosto preziose mentre andiamo avanti e valutiamo come si comporta l'evaporatore solare 3-D con salamoie di desalinizzazione reali, "dice Wang.