Presentando un canal Janus de membranas para la separación completa de aceite y agua

Bautizado en honor al dios romano de dos caras, Jano, para reflejar su diseño de doble propósito, los investigadores presentan un novedoso sistema de membranas —un canal Janus de membranas (JCM)— capaz de separar simultáneamente aceite y agua en emulsiones complejas. El sistema aborda un desafío crítico para la recuperación sostenible de agua y aceite en diversas industrias. Separar el aceite y el agua de mezclas complejas es esencial para muchas aplicaciones científicas e industriales, como el tratamiento de aguas residuales y la clasificación biológica. Las tecnologías de membranas desempeñan un papel crucial en estos procesos. Sin embargo, las membranas tradicionales a menudo eliminan solo un componente a la vez, lo que complica los esfuerzos de separación adicionales y crea desafíos en la eliminación. Esta limitación es especialmente significativa en el tratamiento de aguas residuales oleosas, un subproducto común tanto de la vida diaria como de las actividades industriales, y ampliamente reconocido como una de las amenazas más serias para los ecosistemas y las fuentes de agua. Aunque varios métodos de tratamiento han avanzado en la remediación y recuperación de aceite del agua, la tecnología actual de membranas tiene dificultades para recuperar simultáneamente el aceite y el agua de emulsiones estabilizadas con surfactantes.

Xin-Yu Guo y sus colegas presentan un sistema de canal Janus de membranas que incorpora un diseño novedoso que consiste en un canal estrecho y confinado flanqueado por membranas hidrofílicas e hidrofóbicas contrastantes. A medida que la mezcla en emulsión fluye a través de este canal, la presión impulsa las moléculas de agua hacia la membrana hidrofílica, permitiendo que el agua pase mientras que el aceite se concentra en el interior del canal. El aumento en la densidad del aceite desencadena fuerzas hidrodinámicas que favorecen que las gotas de aceite colisionen y se fusionen, formando gotas más grandes con menor energía superficial, que a continuación pueden pasar a través de la membrana hidrofóbica. Este proceso continuo crea un bucle de retroalimentación de enriquecimiento, coalescencia y desestabilización de la emulsión, lo que permite la separación simultánea y de alta pureza de aceite y agua sin los problemas de concentración observados en los sistemas tradicionales. En pruebas, Guo y sus colegas muestran que el sistema JCM logra un rendimiento de separación impresionante, con una recuperación de aceite de alrededor del 71% y una recuperación de agua de aproximadamente el 94%—ambas con una pureza que supera el 99%. Además, a diferencia de las membranas hidrofílicas tradicionales, limitadas a emulsiones con menos del 10% de contenido de aceite, el JCM puede procesar emulsiones de aceite en agua con un contenido de aceite de hasta el 40%, logrando en estas circunstancias más del 50% de recuperación de agua y más del 80% de recuperación de aceite. "El concepto de Guo y sus colegas va más allá de la simple separación de aceite y agua de una mezcla compleja y puede aplicarse a otros tipos de separaciones complejas en industrias a gran escala", escriben Xing Yang y Mohammad Hossein Jandaghian en un artículo de Perspective relacionado. "La separación de agua o glicerol de los biocombustibles, metales valiosos de los relaves mineros o proteínas y vitaminas de los productos lácteos son solo algunos ejemplos".