Investigadores chinos desarrollan una nueva membrana que separa simultáneamente agua y aceite con más del 99,9% de eficiencia

Científicos chinos diseñan una membrana que separa a la vez emulsiones de aceite en agua y agua en aceite.

• 💧 Agua y aceite recuperados simultáneamente.
• 🛢️ Eficiencia de separación superior al 99,9 %.
• 🔄 Emulsiones opuestas en un único sistema.
• 🧩 Zonas hidrofílicas e hidrofóbicas en la misma membrana.
• ⚙️ Proceso continuo y menor tendencia al ensuciamiento.
• 🇨🇳 Tecnología desarrollada por investigadores en China.

Una nueva membrana separa agua y aceite al mismo tiempo con una eficiencia superior al 99,9 %

¿Por qué importa?

Separar aceite y agua parece sencillo hasta que ambos líquidos forman una emulsión con gotas microscópicas. Ahí empiezan los problemas. Refinerías, explotaciones petroleras, industrias químicas, metalúrgicas y numerosas plantas de tratamiento generan efluentes de este tipo.

Un nuevo sistema desarrollado por investigadores chinos aborda una de las limitaciones de las membranas actuales: tratar simultáneamente emulsiones de aceite en agua y de agua en aceite, en lugar de obligar a utilizar procesos sucesivos o configuraciones diferentes.

En las pruebas realizadas por sus desarrolladores, la separación de las dos fases alcanzó una eficiencia superior al 99,9 %.

El problema no es separar aceite y agua. Son las emulsiones

Cuando se vierte aceite sobre agua, normalmente termina formándose una capa diferenciada que puede retirarse mecánicamente. Una emulsión industrial es bastante más complicada.

Las gotas pueden ser extremadamente pequeñas y permanecer suspendidas en el líquido. Tensioactivos y otras sustancias presentes en las aguas residuales pueden estabilizarlas todavía más.

Además existen dos configuraciones prácticamente inversas: gotas de aceite dispersas en agua y gotas de agua dispersas dentro del aceite.

Esta diferencia condiciona el tratamiento. Una superficie diseñada para dejar pasar agua y rechazar aceite no necesariamente sirve para hacer justamente lo contrario.

De ahí uno de los puntos interesantes del trabajo publicado en Nature Water: una misma arquitectura puede ocuparse de ambas situaciones simultáneamente y de forma continua.

Una membrana que no se comporta igual en toda su superficie

La solución se basa en una membrana de mojabilidad heterogénea.

Dicho de forma sencilla, su superficie contiene regiones con comportamientos diferentes frente a los líquidos. Hay zonas hidrofílicas, con afinidad por el agua, y zonas hidrofóbicas, que la repelen.

No se trata simplemente de colocar dos filtros juntos.

El patrón espacial de esas regiones crea rutas preferentes para cada fase. Agua y aceite encuentran caminos diferentes a través del dispositivo debido a sus distintas interacciones con la superficie.

Ese diseño se combina con otro elemento decisivo: un módulo formado por canales de contracción con gradiente bidireccional.

El propio movimiento del líquido ayuda a romper la emulsión

Antes de separar las gotas hay que conseguir que dejen de comportarse como una emulsión estable.

Los canales modifican progresivamente las condiciones de circulación y generan un campo de cizallamiento no uniforme. Las pequeñas gotas dispersas se desestabilizan y el proceso favorece su desemulsificación al aproximarse a la membrana.

Después entra en juego la mojabilidad selectiva.

Las regiones de la membrana orientan cada fase en la dirección adecuada mientras la geometría del canal y las diferencias de presión ayudan a evitar que agua y aceite atraviesen zonas que no les corresponden.

El resultado es una combinación de tres mecanismos:

desestabilización de las gotas, transporte selectivo y separación física de las fases.

Todo ocurre dentro del mismo dispositivo.

La diferencia está en hacer dos trabajos a la vez

Las tecnologías de membrana utilizadas para separar emulsiones suelen estar optimizadas para un determinado tipo de mezcla.

Cuando cambia la fase continua, puede ser necesario utilizar otra membrana, modificar su mojabilidad o introducir una segunda etapa de tratamiento.

Eso implica más equipos, tuberías, bombeo y control del proceso.

La propuesta presentada ahora persigue otra arquitectura: recibir emulsiones con características opuestas y realizar su separación sincrónica y en paralelo.

Tiene especial interés para procesos industriales donde las características del efluente cambian con el tiempo o donde aparecen diferentes corrientes contaminadas dentro de una misma instalación.

No solo importa la pureza: también cuánto tarda en atascarse

El ensuciamiento continúa siendo uno de los grandes problemas de las tecnologías de membranas.

Aceites, compuestos orgánicos y partículas pueden adherirse progresivamente a su superficie. El flujo disminuye y aparecen limpiezas, paradas y sustituciones.

Los investigadores indican que la nueva configuración presenta mejor comportamiento frente al ensuciamiento y mayor estabilidad durante el funcionamiento prolongado.

Es un aspecto importante, aunque todavía debe interpretarse con prudencia.

Un comportamiento favorable en condiciones experimentales no demuestra que una membrana vaya a mantener esas prestaciones durante meses o años tratando aguas industriales reales, donde pueden aparecer sales, partículas, tensioactivos, cambios de temperatura y mezclas químicas difíciles de reproducir completamente en laboratorio.

Una carrera por recuperar los dos líquidos

El trabajo no aparece de la nada.

En 2024 investigadores de la Universidad de Zhejiang presentaron otra estrategia muy interesante, denominada Janus Channel of Membranes (JCM), que empleaba membranas con comportamientos opuestos para recuperar simultáneamente aceite y agua.

Ese sistema consiguió recuperar hasta aproximadamente el 97 % del aceite y el 75 % del agua, alcanzando niveles de pureza de hasta el 99,9 % en determinadas condiciones experimentales.

La nueva investigación lleva la idea en otra dirección: integra la selectividad dentro de una membrana con mojabilidad distribuida espacialmente y la combina con una geometría de flujo específicamente diseñada para favorecer la desemulsificación.

Más que sustituir directamente aquella aproximación, muestra hasta qué punto está evolucionando este campo.

La separación de aceite y agua está pasando del concepto clásico de «filtrar una mezcla» a controlar cómo se mueven las gotas, cómo interactúan con las superficies y por dónde circula cada fase.

Dónde podría tener sentido

Una tecnología de estas características podría encontrar aplicaciones en aguas residuales de refinerías y petroquímicas, extracción y procesamiento de petróleo, mecanizado de metales, industria química y otros procesos que generan efluentes oleosos.

También existe una ventaja menos evidente: recuperar aceite puede convertir parte de una corriente considerada residuo en un recurso aprovechable.

El objetivo ambiental, por tanto, no debería limitarse a conseguir agua más limpia. Un sistema industrial realmente interesante tendría que conseguir simultáneamente recuperar hidrocarburos, reducir residuos secundarios y disminuir el consumo energético y químico del tratamiento.

Ahí está buena parte de su potencial.

Qué impacto puede tener en el medio ambiente

Las aguas contaminadas con hidrocarburos representan un problema diferente al de los grandes derrames visibles en el mar.

Una parte importante de la contaminación industrial aparece en forma de pequeñas gotas de aceite dispersas en enormes cantidades de agua, mucho menos espectaculares visualmente y bastante complicadas de retirar.

Mejorar su separación puede reducir la cantidad de hidrocarburos que llega a sistemas de depuración posteriores o, en el peor de los casos, al medio acuático.

También podría facilitar la reutilización de agua dentro de procesos industriales, reduciendo la extracción de agua dulce allí donde la calidad obtenida permita cerrar parcialmente el circuito.

Pero el balance ambiental definitivo dependerá de algo que una cifra de eficiencia de separación no cuenta: cuánta energía necesita el sistema, cuánto dura la membrana, cómo se limpia, de qué materiales está fabricada y qué ocurre con ella al final de su vida útil.

Sin esas variables resulta prematuro afirmar que la tecnología es ambientalmente superior a escala industrial.

Potencial para un futuro más sostenible

El mayor atractivo de esta investigación probablemente esté en la simplificación del tratamiento.

Si una única unidad pudiera sustituir varias etapas destinadas a diferentes emulsiones, una instalación industrial podría reducir equipos auxiliares, superficie ocupada y posiblemente parte del consumo asociado al bombeo y mantenimiento.

También abre la puerta a sistemas más flexibles. Una fábrica no genera necesariamente el mismo efluente durante todo el día. Cambian las materias primas, las operaciones y las concentraciones. Una membrana capaz de enfrentarse a configuraciones diferentes podría adaptarse mejor a esas variaciones.

Hay otra posibilidad interesante: combinar estas tecnologías con circuitos cerrados de agua industrial.

Separar eficazmente aceite y agua permitiría recuperar ambas corrientes, enviar el agua a etapas posteriores de depuración y devolver parte del aceite al proceso cuando su calidad lo permita.

Menos agua nueva. Menos residuo. Más material recuperado.

Pero queda recorrido. La verdadera prueba llegará cuando estas membranas salgan del entorno experimental y tengan que enfrentarse durante largos periodos a miles de metros cúbicos de aguas residuales reales.

Más información: Synchronous and parallel separation of opposing emulsions enabled by a heterowettability membrane