Más de una de cada 10 personas en el mundo carece de acceso básico al agua potable, y para 2025, la mitad de la población mundial vivirá en áreas con escasez de agua, por lo que el acceso al agua limpia es una de las actividades de la Academia Nacional de IngenieríaGrandes desafíos: los ingenieros de la Universidad de Washington en St. Louis han diseñado una nueva tecnología de membrana que purifica el agua al tiempo que evita la bioincrustación o la acumulación de bacterias y otros microorganismos nocivos que reducen el flujo de agua.
Y usaron bacterias para construir tales membranas de filtración.
Srikanth Singamaneni, profesor de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales, y Young-Shin Jun, profesor de energía, ingeniería ambiental y química, y sus equipos combinaron su experiencia para desarrollar una membrana de ultrafiltración utilizando óxido de grafeno y nanocelulosa bacteriana que encontraron seraltamente eficiente, duradero y respetuoso con el medio ambiente. Si su técnica se ampliara a un gran tamaño, podría beneficiar a muchos países en desarrollo donde el agua limpia es escasa.
Los resultados de su trabajo se publicaron como portada en la edición del 2 de enero de Ciencia y tecnología ambiental .
La bioincrustación representa casi la mitad de todas las incrustaciones de membrana y es muy difícil de erradicar por completo. Singamaneni y Jun han abordado este desafío juntos durante casi cinco años. Anteriormente desarrollaron otras membranas con nanoestrellas doradas, pero querían diseñar una que usara menosmateriales caros.
Su nueva membrana comienza con la alimentación de la bacteria Gluconacetobacter hansenii como una sustancia azucarada para que formen nanofibras de celulosa cuando están en el agua. El equipo incorporó copos de óxido de grafeno GO en la nanocelulosa bacteriana mientras crecía, atrapando esencialmente el GO en la membrana parahazlo estable y duradero.
Después de incorporar GO, la membrana se trata con una solución base para matar a Gluconacetobacter. Durante este proceso, los grupos de oxígeno de GO se eliminan, lo que reduce el GO. Cuando el equipo brilló la luz solar sobre la membrana, las escamas de GO reducidas generaron inmediatamentecalor, que se disipa en el agua circundante y las bacterias nanocelulosa.
Irónicamente, la membrana creada a partir de bacterias también puede matar bacterias.
"Si desea purificar el agua con microorganismos, el óxido de grafeno reducido en la membrana puede absorber la luz solar, calentar la membrana y matar las bacterias", dijo Singamaneni.
Singamaneni y Jun y su equipo expusieron la membrana a la bacteria E. coli, luego iluminaron la superficie de la membrana. Después de ser irradiada con luz durante solo 3 minutos, la bacteria E. coli murió. El equipo determinó que la membrana se calentó rápidamentepor encima de los 70 grados centígrados necesarios para deteriorar las paredes celulares de la bacteria E. coli.
Mientras se mata la bacteria, los investigadores tenían una membrana prístina con fibras de nanocelulosa de alta calidad que podían filtrar el agua dos veces más rápido que las membranas de ultrafiltración disponibles comercialmente bajo una presión de operación alta.
Cuando hicieron el mismo experimento en una membrana hecha de nanocelulosa bacteriana sin el GO reducido, la bacteria E. coli se mantuvo viva.
"Esto es como la impresión en 3-D con microorganismos", dijo Jun. "Podemos agregar lo que queramos a la nanocelulosa bacteriana durante su crecimiento. Lo observamos en diferentes condiciones de pH similares a las que encontramos en el medio ambiente, yestas membranas son mucho más estables en comparación con las membranas preparadas por filtración al vacío o recubrimiento por rotación de óxido de grafeno ".
Si bien Singamaneni y Jun reconocen que la implementación de este proceso en los sistemas convencionales de ósmosis inversa es agotador, proponen un sistema de módulo enrollado en espiral, similar a un rollo de toallas. Podría estar equipado con LED o un tipo de nanogenerador que aprovecha la energía mecánicadel flujo de fluido para producir luz y calor, lo que reduciría el costo total.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :