Direct Sunlight for membrane distillation based on photothermal membranes

Swarna, Sutapa Roy
MALLADA, REYES (dir.)

Universidad de Zaragoza, CIEN, 2019
Departamento de Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente, Área de Ingeniería Química

Máster Universitario Erasmus Mundus en Ingeniería de Membranas

Resumen: Para la destilación por membrana de contacto directo (DCMD), se exploró la opción de membranas fototérmicas que cumplen los requisitos básicos de la destilación por membrana (MD). Se eligió nanopartículas de Au para mejorar la propiedad fototérmica de la membrana impartiendo resonancia de plasmón superficial (SPR). Se optaron por dos procesos de síntesis: Au-citrato (medio acuoso hidrofílico) y Au-tiol (hidrofóbico; medio cloroformo) con una caracterización adecuada. Se seleccionó el método de filtración para el depósito de nanopartículas en la membrana, comparándolo con la evaporación y spin coating.
Para cumplir con el requisito de membrana hidrofóbica porosa de MD, se experimentó con una concentración variable de 1-octadecanotiol (disuelto en disolvente de hexano) para impartir hidrofobicidad en el citrato de Au depositado en la membrana hidrofílica de PVDF. Aunque la idea principal era eliminar la cubierta de citrato de Au-citrato y reemplazarlo con el grupo tiol con la cadena –C18, el experimento no tuvo éxito hasta cierto punto. Se depositó Au tiol tanto en PVDF hidrofóbico (Sigma Aldrich; Durapore comercial) como en la capa de difusión de gas hidrofóbico (Quintech; papel de carbón), impartiendo superhidrofobia a este último (~ 161.42º). Se depositó un volumen mayor (10 ml de solución de Au-tiol) en PVDF hidrófobo que Au-tiol en papel de carbón (7 ml) para compensar y comparar el efecto del papel de carbón. Para el perfil de temperatura, la temperatura se tomó en la superficie de las respectivas membranas (en aire confinado) cambiando el LED blanco y la diferencia de altura de la membrana (1,9 cm el más bajo) proporcionando diferentes irradiaciones. Papel carbón + Au-tiol, PVDF hidrofóbico + Au-tiol, temperatura más alta en poco tiempo.
El sistema DCMD asistido por vacío fue diseñado para instalar una membrana hidrofóbica que acomoda tanto al sistema discontinuo como al continuo. La luz visual del espectro solar fue simulada por un LED blanco que ilumina un área de membrana de 11,34 cm2 (irradiancia 0,71 kWm-2). En este informe, solo se presentan experimentos por sistema discontinuo (membrana expuesta a LED cubierta con 5 ml de agua). El papel carbón + Au-tiol, PVDF hidrofóbico + Au-tiol y el papel carbón simple dan un flujo de permeado de 23.93 gm-2s-1, 21.56 gm-2s-1 y 17.5 gm-2s-1 respectivamente.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Master