Una innovativa membrana depura l’acqua nel processo di desalinizzazione

All’Università di Berkeley, California, i chimici hanno scoperto un modo per semplificare la rimozione di metalli tossici, come mercurio e boro, durante la desalinizzazione per produrre acqua pulita, catturando allo stesso tempo potenzialmente metalli preziosi, come l’oro.

La desalinizzazione — la rimozione del sale — è solo una fase del processo di produzione di acqua potabile, o acqua per l’agricoltura o l’industria, dall’oceano o dalle acque reflue. Prima o dopo la rimozione del sale, l’acqua deve spesso essere trattata per rimuovere il boro, che è tossico per le piante, e metalli pesanti come l’arsenico e il mercurio, che sono tossici per l’uomo. Spesso, il processo lascia dietro di sé una salamoia tossica che può essere difficile da smaltire.

Una membrana polimerica flessibile che incorpora nanoparticelle di PAF assorbe selettivamente quasi il 100% dei metalli come mercurio, rame o ferro durante la desalinizzazione, producendo in modo più efficiente acqua pulita e sicura.

La nuova tecnica, che può essere facilmente aggiunta agli attuali processi di desalinizzazione dell’elettrodialisi a membrana, rimuove quasi il 100% di questi metalli tossici, producendo una salamoia pura insieme all’acqua pura e isolando i metalli preziosi per un uso o uno smaltimento successivo.

“Gli impianti di desalinizzazione o trattamento delle acque richiedono in genere una lunga serie di sistemi ad alto costo, pre e post-trattamento che tutta l’acqua deve attraversare, uno per uno”, ha dichiarato Adam Uliana, uno studente laureato dell’Università di Berkeley, il primo autore di un articolo che descrive la tecnologia. “Ma qui, abbiamo la capacità di fare molti di questi passaggi tutti in uno, che è un processo più efficiente. Fondamentalmente, è possibile implementarlo nelle configurazioni esistenti.”

I chimici di Berkeley sintetizzavano membrane polimeriche flessibili, come quelle attualmente utilizzate nei processi di separazione delle membrane, ma alcune nanoparticelle incorporate possono essere sintonizzate per assorbire specifici ioni metallici – ioni oro o uranio, per esempio. La membrana può incorporare un singolo tipo di nanoparticella sintonizzata se il metallo deve essere recuperato, o diversi tipi, ognuno sintonizzato per assorbire un metallo diverso o un composto ionico se è necessario rimuovere più contaminanti in un unico passaggio.

La membrana polimerica allacciata con nanoparticelle è molto stabile in acqua e ad alto calore, il che non è vero per molti altri tipi di assorbitori, inclusa la maggior parte delle strutture metallo-organiche (MOF), se incorporata nelle membrane.

I ricercatori sperano di essere in grado di sintonizzare le nanoparticelle per rimuovere altri tipi di sostanze chimiche tossiche, tra cui un comune contaminante delle acque sotterranee: PFAS, o sostanze polifluoroalchiliche, che si trovano nelle plastiche. Il nuovo processo, che chiamano elettrodialisi di cattura ionica, potrebbe anche potenzialmente rimuovere gli isotopi radioattivi dagli effluenti delle centrali nucleari.

Nel loro studio, che sarà pubblicato questa settimana sulla rivista Science, Uliana e l’autore senior Jeffrey Long, professore di chimica all’Università di Berkeley, dimostrano che le membrane polimeriche sono altamente efficaci se incorporate nei sistemi di elettrodialisi a membrana — dove una tensione elettrica spinge gli ioni attraverso la membrana per rimuovere sale e metalli — e la dialisi di diffusione, che viene utilizzata principalmente nella lavorazione chimica.

“L’elettrodialisi è un metodo noto per fare la desalinizzazione, e qui lo stiamo facendo in un modo che incorpora queste nuove particelle nel materiale della membrana e cattura ioni tossici mirati o soluti neutri, come il boro“, ha detto Long. “Quindi, mentre guidiamo gli ioni attraverso questa membrana, stiamo anche decontaminando l’acqua per, ad esempio, il mercurio. Ma queste membrane possono anche essere altamente selettive per rimuovere altri metalli, come rame e ferro.”