Un hidrogel antes y después de la adsorción de azul de metileno en una solución acuosa. Crédito:Giuseppe Melilli
Investigadores de Suecia han desarrollado una forma más ecológica de eliminar los metales pesados, tintes y otros contaminantes del agua. La respuesta radica en filtrar las aguas residuales con un material de gel extraído de la celulosa vegetal y enriquecido con pequeños puntos de carbón producidos en un horno de microondas.
Reportando en la revista Mariales y tecnologías sostenibles , investigadores del KTH Royal Institute of Technology, en colaboración con Politecnico di Torino, diseñó una técnica más sostenible para producir compuestos de hidrogel, un tipo de material ampliamente estudiado para la descontaminación de aguas residuales.
Minna Hakkarainen, quien dirige la División de Tecnología de Polímeros en KTH Royal Institute of Technology, dice que los hidrogeles eliminan contaminantes como iones de metales pesados, tintes y otros contaminantes comunes.
"La cantidad total de agua en la Tierra no cambia con el tiempo, pero la demanda lo hace, ", dice." Estos hidrogeles de lignocelulosa ofrecen un prometedor, solución sostenible para ayudar a garantizar el acceso a agua limpia ".
Los compuestos de hidrogel se pueden fabricar 100 por ciento de lignocelulosa, o materia vegetal, la fuente biológica más abundante de la Tierra, ella dice.
Un ingrediente es la goma de celulosa (carboximetilcelulosa, o CMC), un espesante y una emulsión derivados comúnmente de la pulpa de madera o subproductos del procesamiento del algodón y utilizados en varios productos alimenticios, incluyendo helado. Al hidrogel se le agregan puntos de carbono similares al óxido de grafeno sintetizados a partir de biomasa con la ayuda del calor de microondas. A continuación, los compuestos de hidrogel se curan con luz ultravioleta, un proceso suave que tiene lugar en agua a temperatura ambiente.
Una solución acuosa con azul de metileno antes y después de ser tratado con el hidrogel de lignocelulosa desarrollado en KTH Royal Institute of Technology. Crédito:Giuseppe Melilli
Los hidrogeles consisten en una red de cadenas de polímeros que no solo absorben agua, pero también recolectan moléculas e iones por medio de interacciones electrostáticas, un proceso conocido como adsorción. Hakkarainen dice que el nuevo proceso también refuerza la estabilidad de los compuestos de hidrogel para que puedan durar más que los hidrogeles comunes en ciclos repetidos de purificación de agua.
El óxido de grafeno se ha convertido en un aditivo favorito de esta mezcla, por su alta capacidad de adsorción, pero el costo ambiental de la producción de óxido de grafeno es alto.
"El óxido de grafeno es un gran adsorbente, pero el proceso de producción es duro, ", dice." Nuestra ruta se basa en materias primas de origen biológico comunes y procesos significativamente más suaves con menos impacto en el medio ambiente ".
El grafeno se deriva del grafito, una forma cristalina de carbono que la mayoría de la gente reconocería como la "mina" de los lápices. En forma oxidada se puede usar en hidrogeles, pero el proceso de oxidación requiere químicos y condiciones severas. La síntesis de grafeno a partir de biomasa a menudo requiere temperaturas de hasta 1300 ° C.
Por el contrario, los investigadores de KTH encontraron una forma de carbonizar la biomasa a temperaturas mucho más bajas. Redujeron el lignosulfato de sodio, un subproducto de la pulpa de madera, en copos de carbón calentándolo en agua en un horno microondas. El agua se lleva a 240C, y se mantiene a esa temperatura durante dos horas.
Finalmente, después de un proceso de oxidación, produjeron puntos de carbono de aproximadamente 10 a 80 nanómetros de diámetro, que luego se mezclan con la CMC metacrilada y se tratan con luz ultravioleta para formar el hidrogel.
"Este es un sencillo sistema sostenible, "Dice Hakkarainen." También funciona, si no mejor, que los sistemas de hidrogel actualmente en uso ".
