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 zonas con escasez de agua, razón por la cual el acceso al agua potable es uno de los grandes desafíos de la Academia Nacional de Ingeniería. Los ingenieros de la Universidad de Washington en St. Louis han diseñado una nueva tecnología de membranas que purifica el agua y evita la contaminación biológica. o acumulación de bacterias y otros microorganismos dañinos que reducen el flujo de agua.

Y usaron bacterias para construir tales membranas filtrantes.

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 altamente eficientes. duradero y respetuoso con el medio ambiente. Si su técnica se ampliara a un tamaño grande, podría beneficiar a muchos países en desarrollo donde el agua potable es escasa.

Los resultados de su trabajo se publicaron como artículo de portada en la edición del 2 de enero de Ciencia y tecnología ambiental .

La contaminación biológica representa casi la mitad de todas las incrustaciones de membranas y es muy difícil de erradicar por completo. Singamaneni y Jun han abordado este desafío juntos durante casi cinco años. Anteriormente desarrollaron otras membranas usando nanoestrellas de oro, pero quería diseñar uno que utilizara materiales menos costosos.

Su nueva membrana comienza alimentando a las bacterias Gluconacetobacter hansenii con una sustancia azucarada para que formen nanofibras de celulosa cuando están en el agua. Luego, el equipo incorporó escamas de óxido de grafeno (GO) en la nanocelulosa bacteriana mientras crecía. esencialmente atrapando GO en la membrana para hacerla estable y duradera.

Después de incorporar GO, la membrana se trata con una solución base para matar Gluconacetobacter. Durante este proceso, se eliminan los grupos de oxígeno de GO, haciéndolo reducido GO. Cuando el equipo hizo brillar la luz del sol sobre la membrana, las escamas GO reducidas generaron calor inmediatamente, 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 iluminó la superficie de la membrana. Después de ser irradiado con luz durante solo 3 minutos, la bacteria E. coli murió. El equipo determinó que la membrana se calentó rápidamente por encima de los 70 grados centígrados necesarios para deteriorar las paredes celulares de la bacteria E. coli.

Mientras las bacterias mueren, 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 alta presión de funcionamiento.

Cuando hicieron el mismo experimento en una membrana hecha de nanocelulosa bacteriana sin el GO reducido, la bacteria E. coli se mantuvo viva.

"Es como una impresión 3D con microorganismos, ", Dijo Jun." Podemos agregar lo que queramos a las bacterias nanocelulosa durante su crecimiento. Lo miramos bajo diferentes condiciones de pH similares a las que encontramos en el medio ambiente, y estas membranas son mucho más estables en comparación con las membranas preparadas mediante filtración al vacío o recubrimiento por rotación de óxido de grafeno ".

Si bien Singamaneni y Jun reconocen que implementar este proceso en sistemas de ósmosis inversa convencionales es agotador, proponen un sistema de módulos enrollados en espiral, similar a un rollo de toallas. Podría estar equipado con LED o un tipo de nanogenerador que aprovecha la energía mecánica del flujo del fluido para producir luz y calor. lo que reduciría el costo total.