Un nuevo invento que utiliza la luz solar para impulsar la purificación del agua podría ayudar a resolver el problema de proporcionar agua limpia fuera de la red.

El dispositivo se asemeja a una esponja grande que absorbe agua pero deja contaminantes, como plomo, aceite y patógenos — detrás. Para recoger el agua purificada de la esponja, uno simplemente lo coloca a la luz del sol. Los investigadores describieron el dispositivo en un artículo publicado esta semana en la revista. Materiales avanzados .

La inspiración para el dispositivo provino del pez globo, una especie que toma agua para hinchar su cuerpo cuando está amenazada, y luego suelta agua cuando pasa el peligro, dijo el co-inventor del dispositivo, Rodney Priestley, el Profesor Pomeroy y Betty Perry Smith de Ingeniería Química y Biológica, y vicedecano de innovación de Princeton.

"A mi, lo más interesante de este trabajo es que puede funcionar completamente fuera de la red, tanto a gran como a pequeña escala, ", Dijo Priestley." También podría funcionar en el mundo desarrollado en sitios donde los se necesita purificación de agua sin motor ".

Xiaohui Xu, becario de investigación postdoctoral presidencial de Princeton en el Departamento de Ingeniería Química y Biológica y coinventor, ayudó a desarrollar el material de gel en el corazón del dispositivo.

"La luz del sol es gratis, "Xu dijo, "y los materiales para fabricar este dispositivo son de bajo costo y no tóxicos, por lo que esta es una forma rentable y respetuosa con el medio ambiente de generar agua pura ".

Los autores señalaron que la tecnología ofrece la tasa de purificación de agua solar pasiva más alta de todas las tecnologías de la competencia.

Una forma de usar el gel sería colocarlo en una fuente de agua por la noche y al día siguiente colocarlo a la luz del sol para generar el agua potable del día. Dijo Xu.

El gel puede purificar el agua contaminada con petróleo y otros aceites, metales pesados ​​como el plomo, moléculas pequeñas, y patógenos como la levadura. El equipo demostró que el gel mantiene su capacidad para filtrar agua durante al menos diez ciclos de remojo y descarga sin una reducción detectable en el rendimiento. Los resultados sugieren que el gel se puede usar repetidamente.

Para demostrar el dispositivo en condiciones del mundo real, Xu llevó el dispositivo al lago Carnegie en el campus de la Universidad de Princeton.

Xu colocó el gel en el agua fría (25 grados Celsius, o 77 grados Fahrenheit) del lago, que contiene microorganismos que hacen que no sea seguro beber, y déjelo absorber el agua del lago durante una hora.

Al final de la hora Xu sacó el gel del agua y lo puso encima de un recipiente. Mientras el sol calentaba el gel, agua pura goteó en el recipiente durante la siguiente hora.

El dispositivo filtra el agua mucho más rápidamente que los métodos existentes de métodos pasivos de purificación de agua con energía solar. dijeron los investigadores. La mayoría de los otros enfoques que funcionan con energía solar utilizan la luz solar para evaporar el agua, que tarda mucho más que la absorción y liberación del nuevo gel.

Otros métodos de filtración de agua requieren electricidad u otra fuente de energía para bombear agua a través de una membrana. Filtración pasiva por gravedad, al igual que con los filtros de mostrador domésticos típicos, requiere el reemplazo regular de filtros.

En el corazón del nuevo dispositivo hay un gel que cambia según la temperatura. A temperatura ambiente, el gel puede actuar como una esponja, empapando agua. Cuando se calienta a 33 grados Celsius (91 grados Fahrenheit), el gel hace lo contrario:empuja el agua fuera de sus poros.

El gel consta de una estructura en forma de panal que es muy porosa. Una inspección más cercana revela que el panal consiste en largas cadenas de moléculas repetidas, conocida como poli (N-isopropilacrilamida), que están reticulados para formar una malla. Dentro de la malla algunas regiones contienen moléculas a las que les gusta tener agua cerca, o son hidrofílicos, mientras que otras regiones son hidrófobas o repelentes al agua.

A temperatura ambiente, las cadenas son largas y flexibles, y el agua puede fluir fácilmente a través de la acción capilar hacia el material para llegar a las regiones amantes del agua. Pero cuando el sol calienta el material, las cadenas hidrofóbicas se agrupan y fuerzan al agua a salir del gel.

Este gel se encuentra dentro de otras dos capas que impiden que los contaminantes lleguen al interior del gel. La capa intermedia es un material de color oscuro llamado polidopamina que transforma la luz solar en calor y también evita la entrada de metales pesados ​​y moléculas orgánicas. Con PDA en su lugar, La luz del sol puede calentar el material interior incluso si la temperatura exterior real no es muy cálida.

La capa externa final es una capa filtrante de alginato, que bloquea la entrada de patógenos y otros materiales al gel.

Xu dijo que uno de los desafíos para hacer el dispositivo era formular el gel interno para que tuviera las propiedades correctas para la absorción de agua. Inicialmente, el gel era quebradizo, así que alteró la composición hasta que fue flexible. Xu sintetizó los materiales y realizó estudios para evaluar la capacidad del dispositivo para purificar el agua, con la ayuda de los coautores Sehmus Ozden y Navid Bizmark, asociados de investigación postdoctorales en el Instituto de Princeton para la Ciencia y Tecnología de Materiales.

Sujit Datta, profesor asistente de ingeniería química y biológica, y Craig Arnold, la profesora Susan Dod Brown de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial y directora del Instituto de Princeton para la Ciencia y Tecnología de Materiales, colaboró ​​en el desarrollo de la tecnología.

El equipo está explorando formas de hacer que la tecnología esté ampliamente disponible con la ayuda de Princeton Innovation, que apoya a los investigadores de la Universidad en la traducción de los descubrimientos en tecnologías y servicios en beneficio de la sociedad.