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Agua potable obtenida con nanomateriales

El sistema combina óxido de grafeno con nanocelulosa producida por bacterias


Un sistema combina óxido de grafeno con nanocelulosa producida por bacterias para limpiar el agua y obtener agua potable. Ingenieros de EE.UU. han diseñado esta fórmula, que es barata y escalable, y que utiliza la luz solar como fuente de energía.




Ilustración de la bioespuma que limpia el agua de bacterias. Fuente: WUSTL.
Ilustración de la bioespuma que limpia el agua de bacterias. Fuente: WUSTL.
El óxido de grafeno está considerado como un material milagroso: cuando se integra en espuma de nanocelulosa, la sustancia creada es ligera, fuerte y flexible, conductora de calor y electricidad de forma rápida y eficiente.

Ahora, un equipo de ingenieros de la Universidad de Washington en St. Louis (WUSTL, EE.UU.) ha encontrado una manera de utilizar láminas de óxido de grafeno para transformar el agua sucia en agua potable.

"Esperamos que en los países donde hay luz solar suficiente, como la India, se pueda tomar un poco de agua sucia, evaporarla utilizando nuestro material, y recoger agua fresca", dice Srikanth Singamaneni, profesor de ingeniería mecánica y ciencia de materiales de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, en la información de la universidad.

El nuevo enfoque combina celulosa producida por bacterias y óxido de grafeno para formar una bioespuma de dos capas. Un artículo que detalla la investigación está disponible en línea en Advanced Materials.

"El proceso es muy simple", dice Singamaneni. "La belleza está en que la red de fibra de celulosa a nanoescala producida por bacterias tiene una excelente capacidad de hacer que el agua suba a la superficie de evaporación reduciendo al mínimo el calor que va hacia abajo, y toda ello se produce de una sola vez".

"El diseño del material es novedoso", dice Singamaneni. "Es una estructura de dos capas con nanocelulosa rellena de óxido de grafeno que absorbe la luz en la parte superior y nanocelulosa pura en la parte inferior. Cuando se suspende todo ello en agua, ésta es realmente capaz de alcanzar la superficie superior donde ocurre la evaporación.

"La luz irradia sobre la parte superior, y ​​se convierte en calor debido al óxido de grafeno -pero la disipación de calor al agua que hay por debajo está minimizada por la capa de nanocelulosa pura. No queremos perder el calor; deseamos confinarlo en la capa superior, donde está ocurriendo la evaporación".

La celulosa de la parte inferior de la bioespuma bi-capa actúa como una esponja, llevando el agua hasta el óxido de grafeno, donde se produce la rápida evaporación. El agua dulce resultante se puede recoger fácilmente de la parte superior.

La bioespuma

El proceso de formación de la bioespuma bicapa es también novedoso. De la misma manera que una ostra hace una perla, las bacterias forman capas de fibras de nanocelulosa en las que se incrustan las escamas de óxido de grafeno.

"Mientras cultivamos las bacterias de la celulosa, añadimos las escamas de óxido de grafeno", dice Qisheng Jiang, autor principal del artículo y estudiante de posgrado en el laboratorio de Singamaneni.

"El óxido de grafeno se incrusta a medida que la bacteria produce la celulosa. En un cierto punto a lo largo del proceso, paramos, sacamos la sustancia con óxido de grafeno y reintroducimos sustrato nuevo. Eso produce la siguiente capa de nuestra espuma. La interfaz es muy fuerte; mecánicamente, es bastante robusta".

La nueva bioespuma también es extremadamente ligera y barata de hacer, por lo que es una herramienta viable para la purificación y desalinización de agua.

"La celulosa se puede producir a una escala masiva", dice Singamaneni, "y el óxido de grafeno es extremadamente barato: la gente puede producir toneladas, en verdad. Ambos materiales son altamente escalables. Así que es imaginable hacer enormes hojas de bioespuma".

"Las propiedades de este material de espuma que hemos sintetizado mejoran la recolección de energía solar. Por lo tanto, es más eficaz en la limpieza de agua", dice Pratim Biswas, profesor y catedrático del Departamento de Energía, Medio Ambiente e Ingeniería Química.

"El proceso de síntesis también permite la adición de otros materiales nanoestructurados a la espuma que aumentarán la tasa de destrucción de bacterias y otros contaminantes, y que haga el agua segura para beber. También vamos a explorar otras aplicaciones para estas nuevas estructuras".

Referencia bibliográfica:

Qisheng Jiang, Limei Tian, Keng-Ku Liu, Sirimuvva Tadepalli, Ramesh Raliya, Pratim Biswas, Rajesh R. Naik, Srikanth Singamaneni: Bilayered Biofoam for Highly Efficient Solar Steam Generation. Advanced Materials (2016). DOI: 10.1002/adma.201601819.


Miércoles, 27 de Julio 2016
WUSTL/T21
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