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Aug 01, 2023

Un polvo no tóxico utiliza la luz solar para desinfectar rápidamente el agua potable contaminada

18 de mayo de 2023 Este artículo ha sido revisado de acuerdo con el proceso editorial y las políticas de Science X. Los editores han resaltado los siguientes atributos al tiempo que garantizan la credibilidad del contenido:

18 de mayo de 2023

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por la Universidad de Stanford

Al menos 2 mil millones de personas en todo el mundo beben habitualmente agua contaminada con microbios que causan enfermedades.

Ahora, los científicos de la Universidad de Stanford han inventado un polvo reciclable de bajo costo que mata miles de bacterias transmitidas por el agua por segundo cuando se expone a la luz solar ordinaria. El descubrimiento de este desinfectante ultrarrápido podría suponer un avance significativo para casi el 30% de la población mundial que no tiene acceso a agua potable, según el equipo de Stanford. Sus resultados se publican en Nature Water el 18 de mayo.

"Las enfermedades transmitidas por el agua son responsables de 2 millones de muertes al año, la mayoría en niños menores de 5 años", dijo el coautor principal del estudio, Tong Wu, ex becario postdoctoral en ciencia e ingeniería de materiales (MSE) en la Escuela de Ingeniería de Stanford. "Creemos que nuestra novedosa tecnología facilitará cambios revolucionarios en la desinfección del agua e inspirará más innovaciones en este apasionante campo interdisciplinario".

Las tecnologías convencionales de tratamiento de agua incluyen productos químicos, que pueden producir subproductos tóxicos, y luz ultravioleta, que tarda relativamente mucho en desinfectarse y requiere una fuente de electricidad.

El nuevo desinfectante desarrollado en Stanford es un polvo metálico inofensivo que funciona absorbiendo tanto los rayos UV como la luz visible de alta energía del sol. El polvo consta de nanoescamas de óxido de aluminio, sulfuro de molibdeno, cobre y óxido de hierro.

"Sólo utilizamos una pequeña cantidad de estos materiales", dijo el autor principal Yi Cui, profesor fundador de MSE y de ciencia e ingeniería energética de Fortinet en la Escuela de Sostenibilidad Doerr de Stanford. "Los materiales son de bajo costo y bastante abundantes. La innovación clave es que, cuando se sumergen en agua, todos funcionan juntos".

Después de absorber fotones del sol, el catalizador de sulfuro de molibdeno/cobre funciona como una unión semiconductor/metal, lo que permite a los fotones desalojar los electrones. Los electrones liberados luego reaccionan con el agua circundante, generando peróxido de hidrógeno y radicales hidroxilo, una de las formas de oxígeno más biológicamente destructivas. Las sustancias químicas recién formadas matan rápidamente a las bacterias dañando gravemente sus membranas celulares.

Para el estudio, el equipo de Stanford utilizó un vaso de precipitados de 200 mililitros [6,8 onzas] de agua a temperatura ambiente contaminada con aproximadamente 1 millón de bacterias E. coli por ml [0,03 onzas].

"Agitamos el polvo en el agua contaminada", dijo el coautor principal Bofei Liu, ex postdoctorado en MSE. "Luego llevamos a cabo la prueba de desinfección en el campus de Stanford bajo luz solar real y en 60 segundos no se detectó ninguna bacteria viva".

Los nanocopos en polvo pueden moverse rápidamente, hacer contacto físico con muchas bacterias y matarlas rápidamente, añadió.

Los subproductos químicos generados por la luz solar también se disipan rápidamente.

"La vida útil del peróxido de hidrógeno y de los radicales hidroxi es muy corta", afirmó Cui. "Si no encuentran bacterias inmediatamente para oxidarse, los químicos se descomponen en agua y oxígeno y se desechan en cuestión de segundos. Así que puedes beber el agua de inmediato".

El polvo no tóxico también es reciclable. El óxido de hierro permite eliminar las nanoescamas del agua con un imán común. En el estudio, los investigadores utilizaron magnetismo para recolectar el mismo polvo 30 veces para tratar 30 muestras diferentes de agua contaminada.

"Para los excursionistas y mochileros, me imagino llevando una pequeña cantidad de pólvora y un pequeño imán", dijo Cui. "Durante el día, pones el polvo en agua, lo agitas un poco bajo la luz del sol y en un minuto tienes agua potable. Usas el imán para sacar las partículas para su uso posterior".

El polvo también podría ser útil en plantas de tratamiento de aguas residuales que actualmente utilizan lámparas UV para desinfectar el agua tratada, añadió.

"Durante el día, la planta puede utilizar la luz solar visible, que funcionaría mucho más rápido que los rayos UV y probablemente ahorraría energía", afirmó Cui. "Los nanocopos son bastante fáciles de fabricar y pueden ampliarse rápidamente por toneladas".

El estudio se centró en E. coli, que puede causar enfermedades gastrointestinales graves e incluso poner en peligro la vida. La Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. ha fijado en cero el objetivo de nivel máximo de contaminante para E. coli en el agua potable. El equipo de Stanford planea probar el nuevo polvo en otros patógenos transmitidos por el agua, incluidos virus, protozoos y parásitos que también causan enfermedades graves y la muerte.

Más información: Yi Cui, Nanosistema de desinfección de agua subminuto heterogéneo y eficiente impulsado por energía solar ensamblado con huella digital MoS2, Nature Water (2023). DOI: 10.1038/s44221-023-00079-4. www.nature.com/articles/s44221-023-00079-4

Información de la revista:naturaleza agua

Proporcionado por la Universidad de Stanford