Al crecer en China en la década de 1980, Baoxia Mi reconoció que el agua no era algo para dar por sentado.

"Cuando mis padres eran jóvenes, había muchos ríos y pequeños lagos en la zona. Pero cuando era un niño la mayoría de los pequeños lagos estaban secos, ", dijo el profesor de ingeniería civil y ambiental durante un receso reciente en Davis Hall, donde está instalando su nuevo laboratorio. "Sentí que el medio ambiente se deterioraba continuamente con el tiempo a medida que crecía".

Esa experiencia despertó el interés de Mi en el agua y el medio ambiente, un viaje que la ha llevado desde la pequeña ciudad de Zhengding en la provincia nororiental de Hebei hasta, más recientemente, el campus de Berkeley. donde es pionera en la investigación de nuevas formas de purificar el agua y las aguas residuales.

Mi, que se unió a la facultad de la universidad el verano pasado, está desarrollando un nuevo tipo de membrana que podría superar a la tecnología de filtración de agua actual y consumir menos energía en el proceso. Su diseño está construido con óxido de grafeno, un material a base de carbono que está hecho de grafito natural, el mismo material que se encuentra en los lápices.

Los científicos a menudo anuncian que el grafeno o el óxido de grafeno tienen una promesa particular para su uso en una variedad de aplicaciones relacionadas con el medio ambiente. incluido el almacenamiento de energía, producción de combustible de hidrógeno y eliminación de la contaminación del aire. Hecho de una fina capa de carbono, el material es ligero pero resistente, y puede conducir muy bien el calor y la electricidad. También es abundante y económico.

Mi dice que las membranas hechas de grafeno u óxido de grafeno pueden eliminar de manera más eficaz los contaminantes de las aguas residuales, incluidos los productos farmacéuticos, patógenos y disruptores endocrinos, que los métodos actuales y se pueden aplicar a la reutilización de aguas residuales, desalinización de agua y tratamiento de aguas pluviales.

En el pasado, Los científicos intentaron fabricar membranas de desalinización utilizando óxido de grafito. Pero esas incursiones fracasaron Mi dice, debido a la estructura y tamaño del material. "El óxido grafítico es una partícula grande que contiene numerosas capas de carbono, por lo que la membrana resultante es gruesa, con una tasa de filtración de agua muy baja ", dice.

A diferencia de, el grafeno y el óxido de grafeno son materiales bidimensionales, y la estructura 2-D permite a los científicos apilar láminas de óxido de grafeno para formar membranas muy delgadas. El agua puede fluir extremadamente rápido entre hojas de grafeno apiladas, Mi agrega, porque hay poca fricción en su estructura. Agregar oxígeno al grafeno lo convierte en óxido de grafeno y abre más espacio en la estructura para que el agua fluya. ella dice.

El problema de larga data con las membranas de óxido de grafeno ha sido que la adición de oxígeno hace que sea más probable que el grafeno se disuelva en agua.

Pero cuando Mi pudo adherir un producto químico a las láminas de óxido de grafeno para "pegarlas", la membrana permaneció intacta en agua. Los resultados de ese avance se publicaron en una revista académica de 2013.

El desarrollo de una nueva aplicación para el óxido de grafeno es la culminación del enfoque casi resuelto de Mi sobre cómo funcionan las membranas filtrantes de agua, una búsqueda que comenzó hace más de 15 años durante su último año de universidad en la Universidad de Tianjin. Durante ese año, estuvo expuesta a sistemas de filtración de membrana por primera vez mientras realizaba una investigación de laboratorio con un profesor.

Como estudiante de doctorado en la Universidad de Illinois-Urbana Champaign, culminó su carrera estudiantil con una disertación sobre el uso de membranas para eliminar el arsénico. Luego, después de un postdoctorado en Yale (donde se enfocó en ósmosis avanzada) y asumió un puesto de profesora en la Universidad George Washington, llegó a la Universidad de Maryland, donde comenzó su investigación sobre el óxido de grafeno.

Mi, que impartió un curso en Berkeley el semestre pasado sobre tecnología emergente para la sostenibilidad del agua, recibió una patente sobre las membranas en 2015. Y aunque las empresas han expresado interés en comercializar la tecnología, ella dice que primero debe probarse a mayor escala.

Todavía, Mi dice que cree que la membrana sería muy atractiva para el gobierno y la industria, especialmente en medio de la prolongada sequía de California. Esto se debe a que su capacidad para ser más eficientes energéticamente y menos costosos los hace potencialmente útiles en la desalinización de agua de mar, un enfoque que se ha planteado como una posible solución para aumentar el suministro de agua del estado. sin embargo, hoy en día se considera en gran parte inviable debido a los altos costos y las necesidades intensivas de energía de las plantas desalinizadoras.

Mi agrega que hay otra ventaja práctica en el uso de membranas de óxido de grafeno:debido a que funcionan con un proceso de separación física, pueden ampliarse a grandes plantas de tratamiento o reducirse a un nivel doméstico, conectado a un grifo.

"Es muy flexible, compacto y de bajo mantenimiento, ", dice." Estamos trabajando muy duro en este momento para que funcionen para la desalinización ".