Sviluppo di membrane fototermiche robuste e a doppia funzione a base di PPy per la raccolta simultanea di acqua dolce e sale

Trasformare la luce del sole in acqua potabile e sale utile

Miliardi di persone vivono in regioni dove l’acqua pulita scarseggia, pur avendo oceani e acque reflue saline tutt’intorno. Questo studio esplora un nuovo tipo di membrana a base tessile che utilizza solo la luce solare per ottenere acqua dolce da fonti salate o inquinate, recuperando al contempo sali preziosi invece di scartarli. L’approccio punta a ridurre il consumo energetico, abbassare i costi e diminuire i rifiuti liquidi, offrendo una via pratica verso acqua più pulita e un uso più intelligente delle risorse.

Un tessuto semplice che assorbe la luce solare

Al centro del lavoro c’è un sottile rivestimento scuro realizzato con una plastica conduttiva chiamata polipirroles (PPy), applicato su tessuti in poliestere comuni. Quando la luce colpisce il PPy, questo assorbe fortemente lo spettro luminoso e lo trasforma in calore con grande efficienza. I ricercatori hanno usato un metodo senza solventi chiamato polimerizzazione per deposizione da vapore chimico per formare uno strato uniforme di PPy su tessuto sia tessuto che non tessuto. Elementare è il fatto che venga rivestito solo il lato superiore del tessuto, lasciando il lato inferiore idrofilo in modo che possa risalire l’acqua dal basso mentre la parte scura superiore è esposta al sole e si riscalda. Questo design mantiene un flusso costante di acqua verso la superficie calda minimizzando l’uso di materiali e sostanze chimiche.

Regolare la ricetta per il massimo riscaldamento

Per costruire lo strato di PPy, il team ha testato diversi agenti ossidanti—sostanze chimiche che innescano la formazione del polimero—inclusi cloruro ferrico, cloruro rameico, persolfato di ammonio, permanganato di potassio e dicromato di sodio. Variando la loro concentrazione e la piccolissima quantità di monomero pirrolo usata, hanno individuato condizioni che generano una pelle continua di PPy di un nero intenso sulle fibre. La microscopia ha mostrato che le fibre rivestite sviluppano una superficie ruvida e finemente testurizzata, che riduce la riflessione della luce e aiuta a intrappolare più energia solare. Le misure ottiche hanno confermato che le membrane ottimizzate assorbivano oltre il 94% della luce incidente dall’ultravioletto all’infrarosso, molto più dei tessuti non trattati. Sotto illuminazione a uno sole (l’intensità della luce solare a mezzogiorno), queste membrane ottimizzate si riscaldavano rapidamente a circa 60–65 °C, molto più calde del tessuto non rivestito.

Aumentare l’evaporazione con una sottile pelle calda

Quando questi tessuti rivestiti in PPy sono stati galleggiati sull’acqua ed esposti a luce solare simulata, hanno aumentato significativamente la velocità di evaporazione. L’acqua nuda senza membrana evaporava lentamente, a circa 0,22 chilogrammi per metro quadrato all’ora. L’aggiunta del tessuto non trattato ha già triplicato questo tasso, ma il rivestimento in PPy lo ha portato ancora più in alto: fino a 0,95 kg m−2 h−1 per il non tessuto trattato con cloruro rameico e 0,93 kg m−2 h−1 per il tessuto intrecciato trattato con persolfato di ammonio. Pur utilizzando quantità molto piccole di pirrolo, le membrane hanno raggiunto un’efficienza di conversione solare-in-calore di circa il 57%. Con un’illuminazione più intensa, equivalente a tre soli—simile alla luce solare concentrata—la migliore membrana ha raggiunto un’evaporazione fino a 2,91 kg m−2 h−1 mantenendo stabilità su cicli di riscaldamento ripetuti.

Acqua dolce sopra, cristalli sul bordo

Oltre a produrre acqua pulita, queste membrane sono progettate per aiutare a recuperare i sali che altrimenti diverrebbero rifiuto. Man mano che la superficie si riscalda e l’acqua si trasforma in vapore, il vapore raccolto viene condensato come acqua quasi pura, mentre la soluzione residua si concentra. Poiché la superficie di PPy è idrofoba e ruvida, i cristalli di sale tendono a formarsi preferenzialmente ai bordi della zona di evaporazione anziché ostruire la parte centrale calda. Nei test con cloruro di sodio, solfato rameico e cloruro ferrico a concentrazioni realistiche di acqua di mare e salamoie, il sistema ha mantenuto alti tassi di evaporazione e ha prodotto anelli visibili di sale facilmente raccoglibili. In una dimostrazione, una membrana operante su una soluzione al 7% di sale ha recuperato il 100% del sale disciolto, con un tasso di raccolta di sale di circa 58,6 grammi per metro quadrato all’ora, continuando al contempo a generare acqua dolce.

Verso acqua più pulita senza liquidi residui

In termini pratici, questa ricerca dimostra che un materiale economico e simile a un tessuto può trasformare la luce solare sia in acqua potabile sia in sale riutilizzabile, senza necessitare di pompe ad alta pressione, elettronica complessa o grandi quantità di prodotti chimici. Le membrane rivestite in PPy sono robuste, lavabili e compatibili con salamoie e acque reflue reali, incluse correnti acide o alcaline. Poiché possono concentrare i rifiuti salini fino a lasciare virtualmente nessun liquido, supportano l’ambizioso obiettivo dello “scarico liquido zero”, in cui l’acqua viene riciclata e i solidi recuperati invece di essere scaricati. Con ulteriore ingegnerizzazione e scalabilità, tali membrane solari potrebbero svolgere un ruolo chiave in sistemi piccoli e decentrati che aiutano comunità costiere, aziende agricole e industrie a garantire acqua dolce riducendo inquinamento e rifiuti.

Citazione: Mahmoud, M.T., Abdel-Ghafar, H.M., El-Sherif, A.A. et al. Development of robust dual functioning PPy-based photothermal membranes for simultaneous freshwater and salt harvesting. Sci Rep 16, 5945 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35812-y

Parole chiave: desalinizzazione solare, membrana fototermica, raccolta di acqua dolce, recupero del sale, scarico liquido zero