Nanopartículas de manganês podem mais que dobrar a disponibilidade de água potável no mundo, dizem cientistas

De acordo com cientistas, nanopartículas de ferrita de manganês podem levar a um aumento substancial na disponibilidade de água potável globalmente quando usadas para modificar as placas de filtragem atualmente usadas em estações de tratamento de água.

“Nosso estudo registra alguns resultados extraordinários. A membrana de melhor desempenho, contendo 2% em peso de material composto, atingiu um fluxo de água de 351,4 LMH, que é 2,6 vezes maior do que as membranas PES originais”, disse o coautor do estudo, Dr. Ismail Almanassra, pesquisador associado do Instituto de Ciência e Engenharia da Universidade de Sharjah.

Membranas de PES ou polietersulfona são vitais para estações de tratamento de água, pois funcionam como barreiras que permitem a passagem de água potável e impedem que substâncias indesejadas passem por elas. Elas filtram sais, impurezas e outras partículas indesejadas da água.

“A importância deste projeto está no seu potencial de revolucionar os processos de tratamento de água, oferecendo benefícios tecnológicos, econômicos, ambientais e de saúde em larga escala”, acrescentou o Dr. Almanassra.

O estudo, publicado na Revista de Ciência de Membranasmostra que os cientistas desenvolveram “membranas de UF com taxas superiores de fluxo de água e rejeição” e com a capacidade de abordar as principais ineficiências nos métodos atuais de tratamento de água.

“O projeto efetivamente mitiga a bioincrustação, reduzindo os custos de manutenção e operação, ao mesmo tempo em que contribui para a sustentabilidade ambiental por meio de uma gestão mais eficiente da água”, acrescentou o Dr. Almanassra.

Membranas de UF ou ultrafiltração são amplamente utilizadas em estações de tratamento de água em todo o mundo. Elas são igualmente convencionalmente e tipicamente utilizadas em projetos de dessalinização, bem como pré-tratamento de águas subterrâneas, processamento de alimentos, separação química industrial e tratamento de águas residuais.

As membranas UF também funcionam como uma barreira para suspender endotoxinas, vírus e outros sólidos e patógenos para produzir água potável com alta pureza e baixa densidade de lodo. Elas são construídas principalmente de materiais poliméricos ou cerâmicos.

O Dr. Almanassra disse que as estações de tratamento de água e dessalinização atualmente enfrentam vários desafios, “especialmente durante o estágio de pré-tratamento, onde membranas de ultrafiltração (UF) baseadas em polímeros são usadas para descontaminação.

“Um grande problema é a bioincrustação, onde materiais biológicos se acumulam na superfície da membrana, impactando negativamente o fluxo do permeado e a qualidade da água.”

A bioincrustação afeta negativamente a eficiência e a durabilidade das membranas UF usadas em estações de tratamento de água. Ela é causada por microrganismos que poluem e contaminam a água, diminuem a produção de água potável e cobrem, bloqueiam ou danificam as superfícies da membrana.

Este é um problema com o qual os engenheiros operacionais ainda lutam. Para lidar com isso, eles geralmente buscam duas soluções. Na primeira, eles aumentam a pressão operacional nas membranas FU para manter a permeabilidade e a produção de água. Na segunda, eles são forçados a substituir frequentemente as membranas bioincrustadas.

No entanto, os autores do estudo demonstram que ambas as soluções levam a maiores custos operacionais e de manutenção. Como pesquisadores de diversas origens, eles trabalham para inovar e projetar membranas de UF integrando materiais hidrofílicos para lidar com a bioincrustação de forma eficaz e reduzir despesas de longo prazo.

“Essa abordagem não apenas melhora o fluxo de permeado e as taxas de remoção de contaminantes, mas também reduz significativamente o impacto da bioincrustação ao longo do tempo, resultando em soluções de tratamento de água mais eficientes e econômicas”, disse o Dr. Almanassra.

A inovação dos cientistas está no sucesso em modificar o nitreto de carbono grafítico 2D com nanopartículas de ferrita de manganês para serem usadas como nanoenchimentos para membranas PES UF. As membranas foram fabricadas com diferentes cargas de massa do aditivo variando entre 0,5 e 3% em peso, via método de inversão de fase.

Antes do teste e avaliação, esses filmes foram caracterizados usando diferentes técnicas para estudar sua morfologia, rugosidade da superfície, atributos físico-químicos e mecânicos. Depois disso, as membranas foram testadas com agentes de incrustação conhecidos por causar incrustação ao longo do tempo.

“Em termos de rejeição e capacidade anti-incrustante, nossa membrana se destacou, rejeitando mais de 95% de HA e BSA. Impressionantemente, mesmo após lavagem hidráulica, a membrana manteve uma taxa de recuperabilidade superior a 88%.

“A integração de materiais hidrofílicos marca um avanço significativo na ciência dos materiais, com potenciais aplicações além do tratamento de água. Em última análise, este projeto melhora a saúde pública ao fornecer água mais limpa e segura e oferece soluções escaláveis ​​para os desafios globais de escassez de água e poluição.”