Divulgación de Grado de Química, UCO: ¿SERÁN LAS MEMBRANAS DE GRAFENO EL FUTURO?

Realizado por :
Ruiz Córdoba, Rosa
Vallejo Torres, Sara

Se han diseñado unas nuevas membranas formadas de unos tamices de grafeno con poros muy pequeños para controlar que todos los tamaños de sales queden retenidos en la misma. Además de esta manera surgen como estrategia para evitar
él hinchazón cuando se ponen en contacto con el agua.

Figura 1. Estructura del grafeno.

El óxido de grafeno lo podemos definir como una lámina de grafeno funcionalizada con distintos grupos oxigenado, disponiéndose los átomos de dicho grafeno de forma hexagonal. El modelo más aceptado actualmente es el que incluye los diferentes grupos oxigenados distribuidos aleatoriamente en la lámina de óxido de grafeno.

El grafeno es revolucionario respecto a su estructura, tanto por la disposición y ordenación de los átomos de carbono que lo forman, como por poseer el espesor de un solo átomo. Es un material que se puede funcionalizar tanto de manera covalente como no covalente, esto le hace jugar un papel importante en el campo de la biomedicina.

Otras de las aplicaciones que se están estudiando para hacer uso de estas laminas de oxido de grafeno son las siguientes:

Escáneres corporales. Es una buena solución para suplir a los rayos X, estudios constatan que con esta nueva generación de escáneres las longitudes de onda serán mucho menos invasivas e inocuas para el cuerpo humano.
Conexiones medulares. El grafeno gracias a su tamaño y sus propiedades es estudiado para enlazar y recuperar motricidad en las partes afectadas de lesiones medulares.
Vendajes y elementos anti bacterianos. Las infecciones matan a millones de personas en el mundo, se han diseñado vendas y elementos antibacterianos con grafeno para proteger al organismo de agentes externos no deseados.
Materiales ortopédicos. Los sistemas músculo-esqueléticos conformados por huesos, articulaciones, tendones, ligamentos, nervios y músculos serán un objetivo de compuestos y piezas basados en grafeno para su eficiente reemplazo y correcto funcionamiento.

Figura 2. Material ortopédico.

Aunque ahora nos vamos a centrar principalmente en los métodos para la desalinización del agua de mar que se llevan a cabo actualmente mediante evaporación o por membrana.

Los métodos de desalación por evaporación empleados son por múltiple efecto, el agua a tratar pasa por evaporadores puestos en serie en los cuales el aporte energético se ha suministrado en la primera etapa, súbita, el agua a tratar se calienta a baja presión impidiendo que llegue a ebullición, o por compresión mecánica de vapor, evaporando el agua a tratar en un lado de la superficie de intercambio y comprimiéndola hasta que condense en el otro lados.

Los métodos de desalación por membrana empleados son electrodiálisis, el agua a tratar se introduce en una celda con membranas semipermeables con un electrodo a cada lado por los cuales se les aplica una diferencia de potencial o la osmosis inversa, el agua a tratar se pasa por un módulo constituido por varias membranas circulando por el espaciador y recogiéndose en el tubo.

Los nanomateriales de grafeno ofrecen soluciones novedosas para la purificación del agua y facilitan el desarrollo de desalinización del agua. Esto es debido a su espesor atómico, asegurando una alta permeabilidad a los fluidos, estabilidad mecánica y potencial para el transporte selectivo de tamaño, el grafeno es un candidato ideal para futuras membranas.

Las membranas a base de grafeno poseen varias ventajas fascinantes sobre las membranas convencionales.

Su materia prima es el grafito, es decir, un material barato que proporciona bajos costes de fabricación de la membrana.
El procedimiento de fabricación de membranas de grafeno, por ejemplo, la fabricación de membranas óxido de grafeno basadas en hojas de nanografeno, es bastante simple y escalable y permite la preparación técnica para aumentar la producción de membrana.
Este tipo de membrana puede mejorarse adicionalmente mediante la ingeniería de la separación entre las capas óxido de grafeno a través de la inclusión de reticuladores de diferentes tamaños.
El óxido de grafeno presenta unas buenas propiedades eléctricas, alta flexibilidad y alta resistencia a la rotura.

Los científicos esperan crear estas membranas de óxido de grafeno con objeto de poner a disposición de los países que no tienen infraestructuras para una planta de desalinización a gran escala, una forma de poseer agua dulce de forma segura y accesible.