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Menajem Elimelech

Menachem Elimelech ( en hebreo : מְנַחֵם אֱלִימֶלֶךְ) es profesor titular de la cátedra Nancy y Clint Carlson en la Universidad Rice , con nombramientos conjuntos en el Departam...

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Menachem Elimelech ( en hebreo : מְנַחֵם אֱלִימֶלֶךְ) es profesor titular de la cátedra Nancy y Clint Carlson en la Universidad Rice , con nombramientos conjuntos en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental y el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular. [ 1 ] Antes de su nombramiento en la Universidad Rice, fue profesor titular de Ingeniería Química y Ambiental en la Universidad de Yale . [ 2 ] Elimelech se trasladó de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA) a la Universidad de Yale en 1998 y fundó el programa de Ingeniería Ambiental de Yale .

Menachem Elimelech fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ingeniería en 2006, [ 3 ] y miembro extranjero de la Academia China de Ingeniería en 2017, [ 4 ] de la Academia Australiana de Tecnología e Ingeniería en 2021, de la Academia Canadiense de Ingeniería en 2022, [ 5 ] y de la Academia Nacional de Ingeniería de Corea en 2022. Es reconocido por su trabajo pionero en procesos de membrana para la desalinización y reutilización de agua, materiales para membranas de desalinización y purificación de agua de próxima generación, tecnologías de gestión de salmuera y aguas residuales basadas en membranas, filtración de partículas y patógenos microbianos, y aplicaciones ambientales de la nanotecnología. Varios de sus hallazgos se han convertido en material de libros de texto y se aplican a sistemas de ingeniería.

Primeros años y educación

Elimelech nació en Israel en el seno de una familia inmigrante procedente de Marruecos . Sus padres carecían de formación académica. La familia de su madre era judía bereber que se había trasladado a Casablanca desde el desierto del Sahara . Creció en la ciudad sureña de Beer Sheva , primero en un campo de acogida para inmigrantes ( Ma'abarot ) y luego en una vivienda subvencionada por el gobierno. Cursó la primaria en la ciudad y la secundaria en la Aldea Juvenil Ben Shemen , un internado agrícola en el centro de Israel.

Elimelech se graduó con honores de la Universidad Hebrea de Jerusalén con una licenciatura en ciencias (BSc) en 1983 y una maestría en ciencias (MSc) en 1985. Obtuvo su doctorado en ingeniería ambiental en la Universidad Johns Hopkins en 1989 bajo la dirección del profesor Charles R. O'Melia. Su tesis doctoral se tituló "El efecto del tamaño de las partículas en la cinética de la deposición de partículas brownianas en medios porosos".

Carrera académica

Tras finalizar sus estudios de doctorado en la Universidad Johns Hopkins , Elimelech aceptó un puesto como profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la UCLA . Ascendió a profesor asociado en 1994 y a catedrático en 1997. En la UCLA, también fue subdirector del departamento.

En 1998, Elimelech aceptó un puesto en el Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Yale como Profesor Llewellyn West Jones. Tras su llegada a Yale, fundó el Programa de Ingeniería Ambiental. En 2005, fue nombrado Profesor Roberto Goizueta y Director del Departamento de Ingeniería Química (de 2005 a 2010). El programa de Ingeniería Ambiental fundado por Elimelech forma parte actualmente del Departamento de Ingeniería Química y Ambiental. En 2021, Elimelech fue nombrado Profesor Sterling de Ingeniería Química y Ambiental. [ 2 ] La cátedra Sterling es el rango académico más alto en la Universidad de Yale. En enero de 2025, Elimelech se unió a la Universidad Rice como Profesor Nancy y Clint Carlson con nombramientos conjuntos en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental y el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular. [ 1 ]

Contribuciones a la ciencia y la tecnología

Elimelech es autor de más de 600 publicaciones en revistas arbitradas. Es el académico más citado e influyente en el campo de la ingeniería ambiental y de la calidad del agua, con más de 184 000 citas y un índice h de 225 (Google Scholar). [ 6 ] Elimelech ocupa el primer lugar a nivel mundial en el campo de la Ingeniería Civil y Ambiental en la última lista (2025) de Académicos de Alto Nivel de ScholarGPS, [ 7 ] que se basa en la productividad investigadora y el impacto académico a largo plazo.

Definir la agenda de investigación para la desalinización y la purificación del agua.

Elimelech fue autor de artículos de opinión por invitación que contribuyeron a dar forma a la investigación y la práctica de ingeniería en purificación y desalinización de agua. Un ejemplo es un artículo en Nature (2008) [ 8 ] sobre el estado del arte y la investigación futura en purificación de agua. El artículo destacó la ciencia y la tecnología que se están desarrollando para mejorar la descontaminación del agua, así como los esfuerzos para aumentar el suministro de agua mediante la reutilización segura de aguas residuales y la desalinización eficiente de agua de mar y agua subterránea salobre. Otro ejemplo es un artículo en Science (2011) [ 9 ] sobre el futuro de la desalinización de agua de mar. El artículo analizó las posibles reducciones en la demanda de energía mediante tecnologías de desalinización de agua de mar de última generación, el papel potencial de los materiales avanzados y las tecnologías innovadoras para mejorar el rendimiento, y la sostenibilidad de la desalinización como solución a la escasez mundial de agua. Otro artículo publicado en Nature Reviews Materials (2016) [ 10 ] se centró en los materiales para membranas de desalinización y purificación de agua de próxima generación. El artículo analizó el estado del arte de las tecnologías de membranas existentes para la purificación y desalinización del agua, destacó sus limitaciones inherentes y estableció los requisitos urgentes para las membranas de próxima generación.

Desarrollo de tecnologías innovadoras de desalinización basadas en membranas.

Elimelech contribuyó al desarrollo de tecnologías para la desalinización y para la gestión de salmueras de plantas desalinizadoras continentales y aguas residuales industriales, como las producidas en la industria del petróleo y el gas. Específicamente, impulsó el uso de la ósmosis inversa de ultra alta presión (UHPRO) como tecnología para reemplazar los evaporadores térmicos de alto consumo energético que se utilizan comúnmente para la gestión de salmueras). [ 11 ] [ 12 ] Elimelech ha desarrollado una tecnología basada en membranas para concentrar salmueras, denominada ósmosis inversa de baja retención de sal (LSRRO). [ 13 ] [ 14 ] Mediante un modelado detallado de ingeniería de procesos, ha demostrado que la LSRRO puede concentrar salmueras hasta aproximadamente 240 g/L de sólidos disueltos totales (TDS), que es la concentración de salmuera de alimentación para los cristalizadores de salmuera. La UHPRO y la LSRRO han atraído el interés industrial, ya que se espera que revolucionen la gestión de salmueras de bajo consumo energético y bajo costo. La investigación pionera de Elimelech sobre otra tecnología de desalinización, el proceso de ósmosis directa (OD), [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] también ha impactado la industria del agua. El desarrollo del proceso de OD dio lugar a una nueva actividad comercial, como lo demuestra la gran cantidad de patentes y empresas de OD. [ 17 ]

Impulsando el campo de la ciencia de las membranas.

Elimelech proporcionó una comprensión a nivel molecular de los fenómenos de ensuciamiento, lo que condujo al desarrollo de técnicas de mitigación del ensuciamiento. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] Introdujo el concepto de presión osmótica mejorada por torta [ 21 ] y presión osmótica mejorada por biopelícula [ 22 ] como mecanismos importantes para la disminución del flujo de agua en membranas que rechazan la sal, como la ósmosis inversa y la nanofiltración. Desarrolló teorías y modelos para la polarización de concentración en separaciones por membrana, proporcionando expresiones analíticas para predecir el flujo de agua. [ 23 ] [ 24 ] El profesor Elimelech y colaboradores también proporcionaron una comprensión mecanicista del transporte de sal en membranas de ósmosis inversa, introduciendo el modelo de solución-fricción para describir el transporte acoplado de sal y agua en membranas de ósmosis inversa. [ 25 ] Ha demostrado que el mecanismo de solución-difusión de cinco décadas para el transporte de agua en membranas de ósmosis inversa es fundamentalmente defectuoso. [ 25 ] Ha demostrado que el transporte de agua en las membranas de ósmosis inversa se rige por un mecanismo de flujo de poros impulsado por un gradiente de presión dentro de la membrana, y no por un gradiente de concentración de agua como propone el modelo de solución-difusión. Este hallazgo tiene implicaciones para el diseño de membranas de desalinización por ósmosis inversa de próxima generación. [ 26 ]

Impulsando el campo de la filtración y agregación de partículas.

Elimelech fue coautor del libro Deposición y agregación de partículas: medición, modelado y simulación. [ 27 ] Elimelech avanzó en la comprensión del transporte de partículas coloidales y patógenos microbianos en medios porosos subterráneos. [ 28 ] [ 29 ] Se introdujo el papel primordial de la heterogeneidad geoquímica en forma de recubrimientos de óxido de hierro en granos minerales, se verificó en experimentos de laboratorio y de campo, y se incorporó en modelos de transporte. [ 30 ] Con Nathalie Tufenkji , Elimelech desarrolló una ecuación predictiva para la eliminación de partículas en filtración granular, que es aplicable a la filtración de lecho profundo en el tratamiento de agua, filtración de riberas de ríos y transporte de partículas en ambientes subterráneos. Esta ecuación, comúnmente conocida como la ecuación de Tufenkji y Elimelech, [ 31 ] se ha convertido en material de libros de texto y se ha utilizado ampliamente en la academia, la industria y las agencias gubernamentales.

Aplicaciones de nanomateriales para el desarrollo de sistemas de filtración de agua.

Elimelech abordó los desafíos en la filtración y el suministro de agua a través de la aplicación de nanomateriales. Específicamente, demostró la incorporación de nanomateriales en tecnologías de membranas para el control de la obstrucción, la mejora del rendimiento y el ahorro de energía, [ 32 ] así como el desarrollo de filtros de punto de uso para la eliminación e inactivación de virus. [ 33 ] Entre sus trabajos destaca la demostración y elucidación de los mecanismos de inactivación bacteriana por nanotubos de carbono [ 34 ] [ 35 ]  y óxido de grafeno, [ 36 ] [ 37 ] que posteriormente se aplicó a membranas y filtración de agua. [ 32 ] [ 38 ] Elimelech también demostró que la nanotecnología puede ofrecer soluciones a los problemas de agua que enfrenta el mundo en desarrollo. Elimelech y su grupo desarrollaron un filtro de nanotubos de carbono de paredes múltiples para la eliminación e inactivación de virus y bacterias patógenas de aguas contaminadas. [ 39 ] El filtro de nanotubos de carbono demostró la eliminación completa de bacterias mediante tamizado y más del 99,99 % de eliminación e inactivación de virus mediante filtración en profundidad.

Guiar a la comunidad de membranas por el camino correcto.

Elimelech ha guiado a la comunidad de membranas hacia una investigación más relevante que tiene un impacto directo en la industria y la humanidad. [ 40 ] Fue el primero en señalar que la investigación sobre membranas de ósmosis inversa de permeabilidad al agua ultraalta tendrá un impacto insignificante en el consumo de energía en la desalinización. [ 9 ] Elimelech ha demostrado que aumentar la selectividad agua-sal (o rechazo de sal) sería mucho más beneficioso. [ 41 ] Elimelech demostró la relativa insignificancia de los materiales avanzados para mejorar la eficiencia energética de las tecnologías de desalinización, al tiempo que propuso direcciones de investigación más efectivas basadas en materiales y a nivel de proceso. [ 42 ] Además de la desalinización de agua de mar, Elimelech estableció los puntos óptimos para la electrodiálisis y la ósmosis inversa en la desalinización de agua salobre. [ 43 ] Elimelech desarrolló métricas de rendimiento para procesos para obtener energía del gradiente de salinidad (energía azul), mostrando que tales procesos son viables solo para aguas de muy alta salinidad, mucho más que el agua de mar. [ 44 ] Las conclusiones de estos estudios y otras investigaciones relacionadas tuvieron un impacto directo en las agencias de financiación, dirigiendo así los fondos de investigación hacia investigaciones más relevantes. [ 40 ]

Premios y distinciones

Tutoría de estudiantes de posgrado y postdoctorados

Elimelech ha asesorado a 58 estudiantes de doctorado y 56 investigadores postdoctorales. En reconocimiento a su excelencia y dedicación en la docencia y la mentoría, recibió el Premio a la Excelencia en la Enseñanza de Ingeniería de la Fundación WM Keck en 1994, el Premio a la Mentoría de Posgrado de la Universidad de Yale en 2004 [ 49 ] y el Premio a la Mentoría Postdoctoral de la Universidad de Yale en 2012 [ 58 ].

Varios de sus alumnos han ganado premios por sus tesis:

Cátedras de profesor visitante

Juntas y comités asesores representativos

Referencias

  1. 1 2 "Menachem Elimelech se unirá al Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la Universidad Rice" . Noticias de Ingeniería de Rice . 15 de octubre de 2024.
  2. 1 2 "Elimelech nombrado profesor Sterling de Ingeniería Química y Ambiental" . YaleNews . 2021-04-07 . Consultado el 2023-07-07 .
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  • Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de Rice
  • Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de Rice
  • Escuela de Ingeniería e Informática George R. Brown en Rice
  • Página web del profesor Menachem Elimelech en Rice