La tecnología de ósmosis inversa (OI) ha atraído mucha atención debido a su amplia aplicabilidad para la desalinización de agua salobre y de mar. Las membranas de ósmosis inversa de poliamida (PA) de película delgada compuesta (TFC), que consisten en una capa de separación densa y una capa de soporte porosa, han sido los productos líderes en este campo. Sin embargo, la baja permeabilidad de las membranas de OI de PA y la obstrucción de las membranas de ósmosis inversa TFC limitan el uso generalizado de las membranas de OI de PA TFC.
La síntesis de membranas nanocompuestas ha demostrado ser un método excelente para combinar las ventajas de los nanomateriales poliméricos e inorgánicos. Las características naturales de las membranas de ósmosis inversa pueden mejorarse ajustando con precisión su composición y estructura. Por ejemplo, la hidrotalcita (HT) se dispersó en una solución acuosa y se incorporó a la matriz de PA durante la polimerización interfacial para crear canales de transporte de agua.
Las membranas resultantes exhiben una alta selectividad de permeabilidad y un mayor flujo de agua sin sacrificar la repelencia a la sal. Además, se ha demostrado que la modificación de la membrana, incluyendo la incorporación de nanopartículas, el recubrimiento superficial y el injerto, es un método eficaz para prevenir la bioincrustación. Entre ellos, el injerto de agentes antiincrustantes en nanopartículas incrustadas en la matriz de PA es una excelente estrategia para conferir propiedades antiincrustantes a las membranas de ósmosis inversa sin dañar la matriz de PA.
Las nanopartículas de HT son ricas en grupos hidroxilo, que pueden reaccionar con los grupos siloxi de los agentes de acoplamiento de silano para lograr un injerto antiincrustante. Por lo tanto, se puede obtener una novedosa membrana de ósmosis inversa TFC con alta selectividad y propiedades antiincrustantes utilizando nanopartículas de HT como dopantes en la capa de PA e injertando agentes de acoplamiento de silano que contienen grupos funcionales antiincrustantes en la superficie de la membrana.
El profesor Wang Jian del Instituto de Desalinización y Utilización Integrada de Agua de Mar, el profesor Ma Zhong de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Shandong, la Dra. Tian Xinxia de la Academia China de Ciencias, inspirados por las características de las nanopartículas HT y los agentes de acoplamiento de silano que contienen sales de amonio cuaternario, y los miembros de su equipo, se han esforzado por desarrollar un nuevo tipo de membrana de ósmosis inversa con un alto rendimiento estable a largo plazo, mejorando simultáneamente la selectividad de permeabilidad original y la resistencia a la incrustación.
Su trabajo mejoró significativamente el rendimiento de las membranas de ósmosis inversa TFC PA y proporcionó valiosos consejos técnicos para el futuro de la desalinización de agua de mar. El estudio se publicó en la revista Frontiers of Environmental Science & Engineering.
En este estudio, se incorporaron nanopartículas de Mg-Al-CO3 HT a una capa de PA mediante dispersión en una solución orgánica durante la polimerización interfacial. La inclusión de HT cumple una doble función: mejora el flujo de agua y actúa como sitio de injerto. La incorporación de HT incrementó el flujo de agua sin sacrificar el rechazo de sales, compensando las pérdidas causadas por la posterior reacción de injerto. La superficie expuesta de HT sirve como sitio de injerto para el agente antiincrustante cloruro de dimetiloctadecil[3-(trimetoxisilil)propil]amonio (DMOT-PAC).
La combinación de la incorporación de HT y el injerto de DMOTPAC dota a las membranas de ósmosis inversa de una alta selectividad de permeabilidad y propiedades antiincrustantes. El flujo de agua de PA-NT-0.06 fue de 49,8 l/m2·h, lo que representa un 16,4 % más que el de la membrana original. El grado de rechazo de la sal de PA-HT-0.06 fue del 99,1 %, comparable al de la membrana original. Con respecto a la contaminación por lisozima con carga negativa, la recuperación del flujo acuoso de la membrana modificada fue mayor que la de la membrana original (p. ej., 86,8 % para PA-HT-0.06 frente a 78,2 % para PA-original). El grado de actividad bactericida de PA-HT-0.06 contra Escherichia coli y Bacillus subtilis fue del 97,3 % y del 98,7 %, respectivamente.
Este estudio es el primero en reportar la formación de enlaces covalentes entre DMOTPAC y nanopartículas de HT incrustadas en matrices de PA para producir membranas de ósmosis inversa con alta selectividad de permeabilidad y propiedades antiincrustantes. La incorporación de nanopartículas integradas y el injerto de grupos funcionales permiten el desarrollo de membranas de ósmosis inversa con alta selectividad de permeabilidad y propiedades antiincrustantes.
Información adicional: Xinxia Tian et al., Preparación de una membrana de ósmosis inversa con alta selectividad y propiedades antiincrustantes para la desalinización de agua de mar, Frontiers in Environmental Science and Engineering (2021). DOI: 10.1007/s11783-021-1497-0
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Fecha de publicación: 4 de enero de 2023