Los investigadores de la Universidad de Rice han mejorado las partículas de dióxido de titanio del tamaño de una micra para atrapar y destruir el BPA, un contaminante del agua con implicaciones para la salud. Las moléculas de ciclodextrina en la superficie atrapan al BPA, que luego es degradado por especies reactivas de oxígeno (ROS) producidas por las partículas activadas por luz. Crédito:Danning Zhang
Los científicos de la Universidad de Rice han desarrollado algo parecido a la trampa para moscas de partículas de Venus para la remediación del agua.
Esferas del tamaño de una micra creadas en el laboratorio del ingeniero ambiental de Rice, Pedro Alvarez, están construidas para atrapar y destruir el bisfenol A (BPA), una sustancia química sintética que se utiliza para fabricar plásticos.
La investigación se detalla en la revista American Chemical Society Ciencia y tecnología ambiental .
El BPA se usa comúnmente para revestir el interior de latas de comida, tapas de botellas y líneas de suministro de agua, y fue una vez un componente de los biberones. Si bien el BPA que se filtra en los alimentos y las bebidas se considera seguro en dosis bajas, Se sospecha que la exposición prolongada afecta la salud de los niños y contribuye a la hipertensión arterial.
La buena noticia es que las especies reactivas de oxígeno (ROS), en este caso, Radicales hidroxilo:son malas noticias para el BPA. El dióxido de titanio económico libera ROS cuando se activa con la luz ultravioleta. Pero debido a que las moléculas oxidantes se desvanecen rápidamente, El BPA tiene que estar lo suficientemente cerca para atacar.
Ahí es donde entra la trampa.
De cerca, las esferas se revelan como colecciones florales de pétalos de dióxido de titanio. Los pétalos flexibles proporcionan una gran superficie para que los investigadores de Rice anclen las moléculas de ciclodextrina.
“Pétalos” de una esfera de dióxido de titanio mejorada con ciclodextrina como se ve bajo un microscopio electrónico de barrido. Cuando se activa con luz ultravioleta, las esferas creadas en la Universidad de Rice son eficaces para eliminar los contaminantes de bisfenol A del agua. Crédito:Alvarez Lab
La ciclodextrina es una molécula benigna a base de azúcar que se usa a menudo en alimentos y medicamentos. Tiene una estructura de dos caras, con una cavidad hidrofóbica (que evita el agua) y una superficie exterior hidrofílica (que atrae el agua). El BPA también es hidrófobo y atraído naturalmente a la cavidad. Una vez atrapado Los ROS producidos por las esferas degradan el BPA en sustancias químicas inofensivas.
En el laboratorio, los investigadores determinaron que 200 miligramos de esferas por litro de agua contaminada degradaban el 90 por ciento del BPA en una hora, un proceso que tomaría más del doble de tiempo con dióxido de titanio no mejorado.
El trabajo encaja en las tecnologías desarrolladas por el Centro para el tratamiento de agua habilitado por nanotecnología, con base en Rice y apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias, porque las esferas se autoensamblan a partir de nanohojas de dióxido de titanio.
"La mayoría de los procesos reportados en la literatura involucran nanopartículas, ", dijo el estudiante graduado de Rice y autor principal, Danning Zhang." El tamaño de las partículas es inferior a 100 nanómetros. Debido a su tamaño muy pequeño, son muy difíciles de recuperar de la suspensión en agua ".
Las partículas de arroz son mucho más grandes. Donde una partícula de 100 nanómetros es 1, 000 veces más pequeño que un cabello humano, el dióxido de titanio mejorado está entre 3 y 5 micrones, solo unas 20 veces más pequeño que el mismo cabello. "Eso significa que podemos utilizar la microfiltración de baja presión con una membrana para recuperar estas partículas para su reutilización, ", Dijo Zhang." Se ahorra mucha energía ".
El estudiante graduado de Rice, Danning Zhang, quien lideró el desarrollo de una partícula que atrae y degrada los contaminantes en el agua, comprueba una muestra en un laboratorio medioambiental de Rice. Crédito:Jeff Fitlow
Debido a que ROS también desgasta la ciclodextrina, las esferas comienzan a perder su capacidad de atrapar después de aproximadamente 400 horas de exposición continua a los rayos ultravioleta, Dijo Zhang. Pero una vez recuperado, se pueden recargar fácilmente.
"Este nuevo material ayuda a superar dos barreras tecnológicas importantes para el tratamiento de agua fotocatalítico, "Dijo Álvarez." Primero, Mejora la eficiencia del tratamiento minimizando la captación de ROS por componentes no objetivo en el agua. Aquí, los ROS se utilizan principalmente para destruir BPA.
"Segundo, permite la separación y reutilización del catalizador a bajo costo, contribuyendo a reducir el costo del tratamiento, "Este es un ejemplo de cómo los materiales avanzados pueden ayudar a convertir las exageraciones académicas en procesos factibles que mejoran la seguridad del agua".
