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Agua limpia para el mundo en desarrollo
Un filtro de agua que se está desarrollando en la Universidad de Stanford elimina las bacterias del agua rápidamente y sin obstrucciones, y podría conducir a un método simple y económico de limpiar el agua para el mundo en desarrollo. El dispositivo, que utiliza un trozo de algodón tratado con tintas de nanomateriales, mata las bacterias con campos eléctricos, pero utiliza solo el 20 por ciento de la energía requerida por los filtros impulsados por presión.
Esterilización rápida: Un investigador de Stanford vierte agua a través de un embudo equipado con un filtro de nanotubos de algodón que mata rápidamente las bacterias. Los cables rojos suministran electricidad al dispositivo, que utiliza campos eléctricos para perforar las bacterias.
Al menos mil millones de personas solo tienen acceso al agua contaminada por patógenos o polución. Existe una gran necesidad de un material de filtro extremadamente robusto y de bajo costo que no requiera mucha energía, dice Mark Shannon , quien dirige un centro de materiales avanzados para la purificación de agua en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. La mayoría de los lugares que más necesitan esto no tienen electricidad en absoluto, o como mucho un par de horas al día, dice Shannon, quien no participa en la investigación.
El filtro desarrollado por los investigadores de Stanford intenta mejorar otros sistemas de punto de uso para eliminar bacterias fuera de las instalaciones de tratamiento de agua centralizadas. Hay dos métodos químicos principales: agregar cloro al agua para matar las bacterias o agregar hierro, que hace que las bacterias se agrupen para eliminarlas fácilmente. Los métodos químicos son difíciles porque requieren capacitación y un suministro continuo de productos químicos.
La filtración, por el contrario, es atractiva porque es simple. Pero la mayoría de los métodos de filtración en el punto de uso mueven las bacterias del agua al excluir los organismos por tamaño. Dichos filtros se obstruyen con el tiempo y funcionan muy lentamente a menos que el bombeo intensivo en energía empuje el agua. El filtro Stanford, que es impulsado por gravedad, tiene poros lo suficientemente grandes como para permitir un flujo alto, alrededor de 100.000 litros por hora. Utiliza pulsos eléctricos para inactivar las bacterias haciendo agujeros en sus paredes celulares. La investigación fue dirigida por profesores de ciencia e ingeniería de materiales de Stanford. Yi Cui y Sarah Heilshorn .
Para hacer el filtro, los investigadores sumergen un trozo de guata de algodón en una tinta de nanotubos de carbono a base de agua, lo dejan secar, luego lo sumergen en una tinta de nanocables de plata a base de alcohol y lo dejan secar nuevamente. Cui y otros han utilizado métodos de inmersión similares para fabricar electrodos de batería de nanotubos de papel y textiles de nanotubos. Los nanotubos y nanocables largos y estrechos se enredan en las fibras.
Hasta ahora, los investigadores han estado probando los filtros metiéndolos en un embudo de vidrio montado sobre un vaso de precipitados. El filtro está conectado al cableado eléctrico para proporcionar un voltaje a medida que se vierte agua a través del embudo. Cui dice que podría funcionar con baterías de automóvil o paneles solares.
El grupo de Cui ha probado el filtro contra altas concentraciones de E. coli . En estas pruebas preliminares, descritas en línea en la revista Nano letras , el filtro inactivó alrededor del 98 por ciento de las bacterias. Incluso una sola bacteria puede enfermarlo, por lo que no es lo suficientemente bueno para usar en el campo, pero Cui espera mejorar los filtros.
Cui no está seguro de cómo funciona el filtro, pero sabe que los dos materiales son mejores juntos. Se sabe desde hace mucho tiempo que la plata tiene propiedades antimicrobianas y los nanotubos de carbono son altamente conductores. Una suposición es que se forman campos eléctricos locales muy fuertes en la punta de los nanocables de plata, perforando las paredes celulares. Cuando no hay electricidad, la plata evita que las bacterias contaminen la superficie, un problema común con los filtros.
No se han realizado estudios definitivos sobre los efectos de los nanotubos de carbono y los nanocables de plata en el agua en las personas y los organismos inferiores; Los experimentos con nanotubos de carbono en el aire han demostrado que su efecto en los pulmones de los ratones es similar al efecto del amianto. Pero las primeras pruebas en miles de galones de agua sugieren que los nanomateriales no se están filtrando al agua. Los investigadores realizarán más pruebas para determinar si los nanomateriales permanecen enredados en el filtro o se desprenden en el agua con el tiempo.
Creo que existe un tremendo potencial para avances tecnológicos como este para mejorar drásticamente las opciones para el tratamiento de agua de bajo costo, dice Kara Nelson , profesor de ingeniería civil y ambiental en la Universidad de California, Berkeley. Ahora es importante llevar este dispositivo de prueba de concepto al siguiente paso, dice Nelson, mejorando la eficacia del filtro y demostrando que puede funcionar con una amplia gama de patógenos transmitidos por el agua, incluidos virus y protozoos.
Vecitis de Chad , profesor de ingeniería ambiental en la Universidad de Harvard, dice que el aspecto más impresionante del filtro es su velocidad. Muchos investigadores universitarios están abordando el problema del agua potable, pero otras soluciones de bajo consumo de energía toman demasiado tiempo o son demasiado complejas. Por ejemplo, algunos sistemas usan un catalizador activado por luz para matar bacterias en recipientes transparentes de agua que se exponen al sol. Esto lleva varias horas y no es fácil saber cuándo se realiza la esterilización.