Water desalination by MoS2 nanopores : the role of pore geometry and chemistry on water and ion transport - Dillenburg, Rodrigo Fedrizzi (2022)
Escassez de água potável é um problema que afeta bilhões de pessoas ao redor do mundo e tende a piorar no futuro próximo. O desenvolvimento de tecnologias mais baratas de desalinização da água do mar pode ajudar a aliviar alguns desses desafios. Materiais 2D, compostos de membranas de espessura atômica adornados de poros de tamanho nanométrico são candidatos promissores para a nova geração de membranas de dessalinização. Entre os materiais mais promissores está o dissulfeto de molibdênio, ou MoS2. Utilizando simulações de dinâmica molecular nós conseguimos elucidar fenômenos que regulam a performance desse material como uma membrana de osmose reversa aplicada à dessalinização da água do mar. Variando a geometria e a química de nanoporos localizados em membranas monocamada de MoS2 nós oferecemos uma análise detalhada dos mecanismos que regulam o transporte de água e de íons de sal. Nós mostramos como o tamanho do poro e a distribuição de cargas induzida pela sua composição química têm papel crucial em tais fenômenos de transporte através dos nanoporos. Nós fornecemos uma análise das propriedades que determinam o fluxo de água e a rejeição de íons e como essas quantidades estão relacionadas devido a interações água-íons. Finalmente, foi conduzida uma análise dos mecanismos regulando o fluxo de água através de membranas bicamada de MoS2 contendo nanoporos, onde uma forma hidratada do MoS2 forma um nanocanal entre ambas camadas da membrana. Nós mostramos como a distribuição de cargas, alinhamento dos poros e distância entre as camadas da membrana influenciam o transporte de moléculas de água através de tais sistemas e mostramos que ele não é regido pelas leis da hidrodinâmica clássica devido à presença de efeitos de confinamento. Nosso trabalho tanto confirma resultados da literatura como fornece novas informações sobre os mecanismos determinantes para a performance de membranas de dessalinização de MoS2. A próxima geração de membranas de dessalinização deve exibir altas taxas de seletividade iônica e de fluxo de água e os nosso resultados indicam que MoS2 é um potencial candidato para tal aplicação. Nós esperamos que esse trabalho possa ser útil no desenvolvimento dessas novas tecnologias.