El estrés hídrico afecta aproximadamente a la mitad de la población mundial. Dada la presencia de agua limpia en la atmósfera, se están investigando adsorbentes porosos e higroscópicos para la extracción de agua del aire .
Ahora, los investigadores de la Universidad de Chicago encontraron una manera de extraer aún más agua.
En 2021, Laura Gagliardi, de la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular, diseñó materiales para un dispositivo que puede extraer agua del aire, incluso en climas secos como los desiertos. El material llamado estructura metal-orgánica (MOF) es una estructura híbrida de iones metálicos y enlazadores orgánicos que pueden ajustarse a nivel molecular. Los MOF tienen una estructura de poros vacíos que adsorbe moléculas de agua del aire, similar a una esponja.
El equipo ahora ha ayudado a guiar el diseño de un MOF optimizado que adsorbe un 50 % más de agua del aire en comparación con el MOF de material de recolección de agua de última generación. Aunque el MOF original funcionó bien, el equipo quería mejorarlo aumentando el volumen de los poros del material y manteniendo una fuerza de unión similar al agua.
El marco MOF consta de pequeñas varillas a base de aluminio conectadas por moléculas enlazadoras. Esta estructura genera poros que están revestidos por bolsas alternas hidrofílicas (que se unen al agua) e hidrofóbicas (que evitan el agua). Estos bolsillos son ideales para unir las moléculas de agua iniciales: cuando el MOF se expone al aire, las moléculas de agua se unen naturalmente a él. Una vez que se unen las moléculas de agua iniciales, las siguientes moléculas se unen a las moléculas de agua iniciales.
Sin embargo, los investigadores querían aumentar el volumen de los poros manteniendo este entorno especial necesario para atraer las moléculas de agua iniciales. También tenían que encontrar el punto ideal en el diseño: se necesitaba agua para unirse al MOF, pero no con demasiada fuerza, o de lo contrario nunca podría desorberse (exprimirse de la esponja).
Con la ayuda de simulaciones por computadora, los investigadores finalmente encontraron la respuesta: agregar una extensión de enlace especial, esencialmente un brazo largo en la estructura hecha de dos átomos de carbono, que aumentaría el tamaño de los poros mientras conservaba las propiedades especiales de unión al agua que MOF originalmente tenía.
El equipo ahora está ampliando la producción de este nuevo MOF e incorporándolo a su prototipo de dispositivo de recolección de agua. Si funciona tan bien en el dispositivo como en el laboratorio, podría recolectar mucha más agua que antes.
A continuación, están trabajando para realizar más cambios en el diseño e integrar el aprendizaje automático que puede filtrar los datos que han obtenido a través de su modelado y experimentos para brindar nuevas sugerencias de mejora. En última instancia, el dispositivo podría usarse para ayudar a los soldados en combate en áreas áridas o civiles en regiones con escasez de agua.
Fuente: inceptivemind
Foto: Referencial/Pixabay