La misma tecnología que agrega efervescencia al refresco ahora se puede usar para eliminar partículas del agua sucia. Los investigadores de la Universidad de Princeton han encontrado una técnica para usar dióxido de carbono en un sistema de tratamiento de agua de bajo costo que elimina la necesidad de filtros costosos y complejos.
El sistema inyecta CO 2 gas en una corriente de agua como método para filtrar partículas. El gas, que se mezcla con el agua en un sistema de canales, cambia temporalmente la química del agua. Los cambios químicos hacen que las partículas contaminantes se muevan hacia un lado deldependiendo de su carga eléctrica. Al aprovechar esta migración, los investigadores pueden dividir la corriente de agua y filtrar las partículas suspendidas.
"Podría utilizar esto para limpiar el agua de un estanque o río que tiene bacterias y partículas de suciedad", dijo Sangwoo Shin, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad de Hawai en Manoa. Shin, autor principal de un artículodescribiendo el proceso, realicé la investigación como investigador postdoctoral en el laboratorio de Howard Stone, el profesor Donald R. Dixon '69 y Elizabeth W. Dixon de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial en Princeton.
En un artículo publicado el 2 de mayo en la revista Comunicaciones de la naturaleza , los investigadores describen cómo construyeron un filtro a escala de laboratorio que eliminó partículas de tres órdenes de magnitud 1,000 veces más eficientemente que los sistemas de microfiltración convencionales. El sistema es de baja energía, con dióxido de carbono embotellado como la única parte móvil ademásla bomba responsable del flujo, y no tiene un filtro físico o membrana que pueda obstruir o requerir reemplazo.
El dióxido de carbono altera la química del agua al hacerla un poco más ácida: el sabor ácido del ácido carbónico es familiar en la mayoría de los refrescos, y su ausencia es una razón del desagradable sabor del refresco plano. En términos químicos, la acidez significa que cuando el CO 2 se disuelve en agua, crea partículas cargadas llamadas iones. Uno de esos iones, un átomo de hidrógeno con carga positiva, se mueve muy rápidamente a través de la solución de agua. Otro, una molécula de bicarbonato con carga negativa, se mueve más lentamente. El movimiento de los iones a través del aguacrea un campo eléctrico sutil; este campo atrae partículas en el agua, que tienen sus propias cargas negativas o positivas, hacia un lado de la corriente de agua.
Debido a que la mayoría de los contaminantes tienen cierta cantidad de carga superficial, el campo eléctrico es una forma efectiva de filtrarlos del agua. El dispositivo de los investigadores aprovecha esta clasificación eléctrica al atraer los contaminantes a un lado del flujo y luego dividir el aguaen dos canales. Un camino lleva agua que contiene las partículas contaminantes y el otro contiene agua limpia. Debido a que el sistema no tiene una membrana o un filtro mecánico, la obstrucción no es un problema.
Para mantener el campo eléctrico, los investigadores necesitaban mantener los iones en movimiento a través de los canales de agua. Lo lograron haciendo que las paredes del canal fueran de material permeable al dióxido de carbono, en este caso, caucho de silicona polidimetilsiloxano. Carbono presurizado.el dióxido se difunde a través de una pared del canal e impregna el otro lado. Shin dijo que si el canal está cerrado, los diseñadores podrían capturar el gas de dióxido de carbono para su uso posterior. Cuando termine, el CO disuelto 2 puede eliminarse fácilmente exponiendo el agua al aire para que el agua contenga solo niveles normales de dióxido de carbono; no es carbonatada.
Los investigadores pensaron en la técnica al examinar el movimiento de partículas coloidales en un gradiente de sal, un término para la interfaz entre cuerpos de sal y agua dulce. En un gradiente de sal, la diferencia en la química de las dos soluciones causa presión sobreShin dijo que los investigadores estaban observando el movimiento de las partículas cargadas en el agua salada cuando se dieron cuenta de que el fenómeno podría ser útil como filtro.
La sal - cloruro de sodio - no sería útil para la purificación del agua porque la sal permanecería en el agua después de la filtración. Por lo tanto, los investigadores pensaron en sustituir el dióxido de carbono porque es barato, no dañino para los humanos y es fácil de ingerirsacar del agua como abrir una lata de refresco
Los investigadores dijeron que usar un gas soluble como método para controlar las partículas en una solución podría conducir a otras aplicaciones industriales o científicas más allá de la filtración de agua. "Los principios que se exploran en esta investigación, esperamos que también sean impactantes en otras áreas de investigación".Dijo Stone
Shin dijo el CO 2 el sistema podría ser particularmente útil en el mundo en desarrollo porque no requiere la instalación y el reemplazo de filtros. La idea puede ser útil para sistemas portátiles. También es de costo relativamente bajo, solo requiere una fuente enlatada de dióxido de carbono para usar.
"Definitivamente es capaz de escalar hasta cien litros por hora, lo que cumple con un estándar doméstico práctico", dijo Shin.
Otro uso sería como suplemento de una planta de desalinización. Muchos tipos de desalinización usan membranas para filtrar las moléculas de sal, pero las partículas biológicas, incluidos los virus y las bacterias, pueden pasar a través de las membranas. Shin dijo que el sistema de dióxido de carbono podría filtrarselas partículas antes o después de que el agua pase a través de la membrana de desalinización, reduciendo la necesidad de tratar el agua con productos químicos como el cloro.
Shin ahora está trabajando en métodos para escalar el sistema para su posible uso en plantas de tratamiento de agua para abastecer a comunidades más grandes. Dijo que la ciencia básica funciona, pero se necesita más ingeniería para crear un filtro de dióxido de carbono a gran escala.
"En Hawai, tenemos un problema de agua dulce", dijo. "Esperamos ampliar el dispositivo para ayudar a resolverlo".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton, Escuela de Ingeniería . Original escrito por John Sullivan. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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