Il grafino rivoluzionerà la desalinizzazione dell’acqua?

Il Giornale Online
Pellicole di grafino potrebbero filtrare il sale dal mare molto meglio delle attuali tecniche di desalinizzazione

Tre ricercatori, Minmin Xue, Hu Qiu e Wanlin Guo, della Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, hanno pubblicato su arXiv.org – Materials Science lo studio sul grafino “Exceptionally Fast Water Desalination at Complete Salt Rejection by Pristine Graphyne Monolayers” che potrebbe rivoluzionare la dissalazione dell’acqua per usi potabili, agricoli e industriali.

Il team cinese sottolinea che «la desalinizzazione che produce acqua dolce pulita dall’acqua di mare contiene la promessa di risolvere la carenza idrica globale per bere, per l’agricoltura e l’industria. Tuttavia, le tecnologie convenzionali come la desalinizzazione ad osmosi inversa e la distillazione termica implicano grandi quantità di consumo di energia, e le membrane semipermeabili ampiamente utilizzate nell’osmosi inversa devono affrontare la sfida di fornire un elevato “throughput” ad alta reiezione salina».

Infatti la desalinizzazione non è mai stata utilizzata in maniera diffusa perché ha un costo energetico e un’inefficienza elevatissimi: i dissalatori ad osmosi inversa richiedono ben 1.5 kilowatt/ora di elettricità per produrre una tonnellata di acqua potabile. È evidente che serve un approccio migliore e sembrano averlo trovato Minmin, Hu e Wanlin che hanno realizzato simulazioni complete della dinamica molecolare e i primi principi di modellazione, dimostrando che una pellicola di grafino sarebbe in grado di eliminare quasi il 100% del sale dall’acqua di mare con una permeabilità eccezionalmente alta: «Di circa due ordini di grandezza superiori a quelli dello stato dell’arte delle membrane commerciali dell’osmosi inversa e con una reiezione salina di -98,5%».

«Questa completa reiezione del grafino – aggiungono – indipendente dalla concentrazione di sale e dalla pressione operativa, si è rivelata come originata dalle barriere di energia significativamente più elevate per gli ioni rispetto a quelle per l’acqua. Questa specialità intrinseca del grafino dovrebbe offrire una nuova possibilità per gli sforzi per alleviare la carenza globale di acqua dolce ed altri problemi ambientali». Come spiega The Physics arXiv Blog della Mit Tecnological Review, «la nuova tecnica comporta l’uso di un materiale conosciuto come grafino, una pellicola bidimensionale di atomi di carbonio tenuti assieme in maniera simile al grafene ma con una struttura alterata per merito di alcuni legami doppi e tripli in alcuni punti. Il grafino è interessante perché questi legami doppi e tripli creano fori tra gli atomi di carbonio che sono sufficientemente grandi da permettere alle molecole d’acqua di passarvi attraverso. Questi buchi non sono però abbastanza grandi per gli ioni di sodio e di cloruro, che sono più grandi perché attirano un guscio di molecole d’acqua».

Questo fantastico materiale può presentarsi in diverse configurazioni, conosciute come grafino-α, grafino-β, grafino-3 e così via. Il team cinese ha realizzato una simulazione al computer di come queste membrane permettono alle molecole di acqua di passare attraverso il grafino mentre “setaccia” le varie tipologie di ioni che si trovano nell’acqua marina e sostengono che «a differenza delle molecole d’acqua, che possono muoversi liberamente attraverso i buchi nel grafino, nessuno degli ioni simulati riesce a passare». Secondo i loro calcoli, «una molecola di acqua deve attraversare una barriera energetica inferiore alle 2 kcal/mol per passare attraverso il grafino, rispetto alle 10 kcal/mol che impediscono il passaggio degli ioni di sodio, potassio e cloruro. Addirittura, ioni con una carica doppia, come il magnesio e il calcio, si scontrano con barriere fino a 60 kcal/mol. Nessuno di questi ioni può passare attraverso al grafene-α, il grafene-β e il grafene-3».

«Va detto che nessuno è mai stato in grado di realizzare un grafino come quello simulato dal team della Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, «ma questo potrebbe presto cambiare», sottolinea la Mit Tecnological Review. «Un paio di anni fa, un team di chimici cinesi è riuscito a sintetizzare per la prima volta una versione differente del grafino crescendola su un substrato di rame». Restano però alcune domande alle quali dare una risposta: questo materiale può essere sintetizzato e poi essere prodotto in scala commerciale a un costo efficace? «Certamente non si tratta di una sfida facile», ammettono al Mit. «Nel frattempo, la desalinizzazione è volta a migliorare grazie a un altro meraviglioso materiale basato sul carbonio».

Quest’anno, un team di ricercatori del gigante aerospaziale Lockheed Martin ha annunciato di essere riuscito a perforare delle pellicole di grafene, chiamate “perforene”, per creare un setaccio molecolare capace di rimuovere ioni di sodio e di cloruro dall’acqua marina ed hanno detto che «questo risultato permetterebbe di desalinizzare l’acqua marina molto più in fretta e a un costo inferiore rispetto alle tecniche attuali». Anche i ricercatori della Lockheed Martin hanno realizzato il materiale in laboratorio ma sta lavorando a metodi per produrlo su scala industriale. I ricercatori cinesi riconoscono i vantaggi di questo approccio, ma fanno notare che «uno dei problemi associati alla produzione di nanopori nelle pellicole di grafene sta nel garantire che i fori siano tutti delle stesse dimensioni, e che le loro estremità siano trattate in maniera tale da prevenire una loro reazione ed estensione in maniera indesiderata. Al contrario, il grafino non necessita di alcuna modifica una volta sintetizzato, dato che i fori richiesti sono una componente naturale della sua struttura».

The Physics arXiv Blog conclude: «È chiaro che questi nuovi materiali miglioreranno considerevolmente la desalinizzazione. Il nuovo materiale della Lockheed Martin deve ancora fare la sua comparsa sul mercato. Quando questo avverrà, sarà affascinante constatare se si sarà presentato un concorrente sotto forma di grafino».

Fonte: http://www.greenreport.it/news/scienze-e-ricerca/il-grafino-rivoluzionera-la-desalinizzazione-dellacqua/

Il grafino rivoluzionerà la desalinizzazione dell’acqua? ultima modifica: 2013-09-19T14:24:01+00:00 da Richard
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Richard

Noi siamo l'incarnazione locale di un Cosmo cresciuto fino all'autocoscienza. Abbiamo incominciato a comprendere la nostra origine: siamo materia stellare che medita sulle stelle. (Carl Sagan)