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#Novedades de la industria
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Una nueva forma de generar vapor solar para limpiar el agua y reducir los residuos
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Las estrategias para purificar el agua abundan, pero tienden a requerir mucha energía. Los científicos de Argonne están explorando materiales que pueden utilizar eficientemente la luz solar para concentrar el calor en la superficie del agua y producir vapor limpio para su captura.
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Las estrategias para purificar el agua abundan, pero tienden a requerir mucha energía. Para hacer uso de los abundantes recursos del sol, los científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE) están explorando materiales que pueden convertir eficientemente la luz solar en calor y concentrar ese calor justo en la superficie del agua, donde se necesita para la evaporación.
Como parte de este objetivo, un equipo dirigido por investigadores de Argonne ha descubierto un método novedoso, pero sencillo, para generar vapor solar utilizando una clase de materiales recientemente descubiertos llamados estructuras orgánicas de porfirina, o POFs. Los materiales flotantes tratados con POFs pueden capturar la energía del sol para evaporar el agua y convertirla en vapor limpio, dejando atrás los contaminantes, o concentrar las aguas residuales para reducir los costes de eliminación. Los detalles se publicaron recientemente en la revista Advanced Materials Interfaces.
El artículo de la revista es uno de los primeros en surgir del Centro de Materiales Avanzados para Sistemas de Energía-Agua (AMEWS) de Argonne, un Centro de Investigación Fronteriza de Energía del DOE. Las investigaciones del AMEWS se centran en las soluciones a las crisis mundiales del agua examinando las interfaces entre los materiales y el agua.
El hallazgo del POF podría servir de base para las estrategias de desalinización y tratamiento de aguas residuales, especialmente en entornos industriales. En la industria del petróleo y el gas, por ejemplo, el agua utilizada en la fracturación hidráulica se encuentra normalmente en grandes estanques de eliminación hasta que el líquido se evapora y el volumen de residuos se vuelve más manejable.
"Hay una oportunidad real de mejorar significativamente la eficiencia operativa aumentando drásticamente la tasa de evaporación del agua de esos estanques", dijo Seth Darling, director de AMEWS y del Centro de Ingeniería Molecular (CME). El equipo de investigación también incluyó a científicos de la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago y de la Universidad Sun Yat-sen de China.
Los POFs son un subconjunto de estructuras orgánicas covalentes - sólidos en forma de celosía que pueden crecer indefinidamente grandes como cristales. Cuando los investigadores aplicaron un recubrimiento a base de POF a sustratos que incluían madera, tela y membranas, encontraron que estos materiales a base de carbono poseían el conjunto correcto de propiedades para generar vapor solar. Los POFs capturan una amplia gama de longitudes de onda de luz y transforman esa luz en calor.
Otros materiales tienen estas capacidades fototérmicas, pero el truco está en encontrar aquellos que puedan cubrir materiales porosos uniformemente, permanecer estables en líquidos y potencialmente escalar para su uso en entornos comerciales. Un ejemplo es la tinta china encapsulada, otro material que los científicos de Argonne han demostrado que tiene un gran potencial para la generación de vapor solar.
Lograr el tipo de recubrimiento estable y uniforme que se necesita para los entornos comerciales a menudo implica múltiples pasos y, en algunos casos, un procesamiento costoso. Con los POFs, sólo se necesitan unos pocos reactivos simples y un calentamiento suave - lo que en química se conoce como síntesis en una sola olla - para crecer sobre un sustrato.
"Es literalmente un paso", dijo Darling. "La facilidad de preparación es el verdadero punto de venta aquí."
En el estudio, que se llevó a cabo en parte en el Centro de Materiales a Nanoescala, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE, los investigadores documentaron resultados sólidos con una variedad de materiales tratados con POF, incluyendo madera, tela, membrana y esponja. La madera tratada con POFs funcionó especialmente bien, convirtiendo el agua en vapor con un 80% de eficiencia total.
El descubrimiento está en línea con el trabajo continuo de Argonne para liderar nuevas soluciones que aseguren un uso más eficiente de los recursos hídricos, que ahora enfrentan la presión de una población creciente, el desarrollo, la contaminación y el cambio climático.
"Lo que sucede en las interfaces agua-sólido es lo que impulsa el rendimiento de todo tipo de diferentes aspectos de los sistemas de energía hidráulica, ya sean membranas, absorbentes o sensores", dijo Darling. "Este estudio es sólo un ejemplo del poder de la ingeniería de interfaz en aplicaciones relacionadas con el agua."
Las entidades interesadas en aprender sobre la colaboración con Argonne en el espacio acuático - aprovechando la experiencia única de Argonne, su liderazgo intelectual, sus instalaciones y herramientas - deben ponerse en contacto con anl
Acerca de Argonne's Center for Nanoscale Materials
El Centro de Materiales a Nanoescala es uno de los cinco Centros de Investigación Científica a Nanoescala del DOE, una de las principales instalaciones nacionales para la investigación interdisciplinaria a nanoescala apoyada por la Oficina de Ciencia del DOE. Juntos, los NSRCs comprenden un conjunto de instalaciones complementarias que proporcionan a los investigadores capacidades de vanguardia para fabricar, procesar, caracterizar y modelar materiales a nanoescala, y constituyen la mayor inversión en infraestructura de la Iniciativa Nacional de Nanotecnología. Los NSRC están ubicados en los Laboratorios Nacionales Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia y Los Alamos del DOE. Para más información sobre las NSRC del DOE, por favor visite t
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