Con una nueva nanopartícula que convierte la luz en calor, un equipo de investigadores ha encontrado una tecnología prometedora para eliminar los contaminantes del agua.

Trazas de contaminantes como pesticidas, Los productos farmacéuticos y el ácido perfluorooctanoico en las fuentes de agua potable han planteado importantes riesgos para la salud de los seres humanos en los últimos años. Estos microcontaminantes han eludido los procesos de tratamiento convencionales, pero ciertos procesos químicos que típicamente involucran ozono, El peróxido de hidrógeno o la luz ultravioleta han demostrado ser eficaces. Estos procesos, sin embargo, puede resultar caro y consumir mucha energía.

Una nueva nanopartícula creada por ingenieros de la Universidad de Yale como parte de un esfuerzo para el Centro de Investigación de Ingeniería de Nanosistemas basado en arroz para el tratamiento de agua habilitado por nanotecnología (NEWT) podría conducir a tecnologías que superen esas limitaciones. La partícula se describe en un estudio publicado esta semana en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

NEWT es un centro de investigación nacional establecido por Rice, Yale y otros en 2015, y Jaehong Kim de Yale, el investigador principal y creador de la nueva nanopartícula, colaboró ​​en el proyecto con Naomi Halas de Rice, Líder de investigación en nanofotónica de NEWT.

Investigadores de varios campos han mostrado interés en las nanopartículas de oro por sus propiedades fototérmicas y fotocatalíticas. que han demostrado ser una herramienta eficaz para usos como la terapia del cáncer. Ellos no han aunque, figuraba en gran medida en los esfuerzos de purificación de agua, en parte debido a la dificultad de dispersar nanopartículas en agua sin agentes estabilizantes que no son buenos para aplicaciones de tratamiento de agua. Los investigadores de NEWT encontraron una manera de solucionarlo diseñando y sintetizando nanobarras de oro "Janus". Estas nanopartículas, cada uno cientos de veces más pequeño que el ancho de un cabello humano, están medio recubiertos con sílice. Este elemento de diseño es fundamental, ya que la mitad recubierta de sílice permite que cada nanovarilla permanezca separada de las demás y suspendida en el agua.

"Comenzamos con nanopartículas de oro y luego exploramos una forma de estabilizarlas de varias formas, "dijo Kim, el Profesor Henry P. Becton Sr. y Presidente del Departamento de Ingeniería Química y Ambiental de Yale. "Así que se nos ocurrió el diseño de Janus, donde solo cubrimos parte con la sílice. Con este recubrimiento parcial, se dispersan muy bien en el agua, y eso es muy útil para este tipo de aplicación ".

Las nanovarillas absorben niveles intensos de luz y la convierten en calor localizado en las superficies, un proceso mucho más eficiente que calentar todo el volumen de agua. Y debido a que usa la luz del sol, el método es económico y sostenible. La misma parte de la nanovarilla también actúa como catalizador de transferencia de electrones para promover la destrucción de microcontaminantes.

"Lleva a cabo varias funciones, en particular mediante el uso de la radiación solar para producir calor altamente localizado, ", Dijo Kim." Esta es la primera demostración del uso de ese fenómeno en particular para la destrucción de contaminantes ".

Halas, Profesor Stanley C.Moore de Rice de Ingeniería Eléctrica e Informática y director del Laboratorio de Rice de Nanofotónica, desempeñó el papel clave de dilucidar los complejos mecanismos de cómo ocurren las reacciones fototérmicas y fotocatalíticas en esta nanopartícula única.

"Esto es realmente nanoingeniería en su máxima expresión, una nueva nanopartícula diseñada para resolver un problema importante en lo que de otro modo sería un entorno imposible, "Dijo Halas.

Kim señaló que la investigación aún se encuentra en su fase inicial, y se necesita más trabajo para escalarlo para aplicaciones en el mundo real, incluida la búsqueda de un material menos costoso que el oro.

Director de NEWT Pedro Alvarez, Profesor George R. Brown de Ingeniería Civil y Ambiental de Rice, calificó el estudio como "un gran ejemplo de cómo los avances de vanguardia en nanotecnología pueden allanar una nueva forma de resolver los desafíos del agua".

"También es un gran ejemplo de cómo los investigadores en dos campos de estudio diferentes se unen bajo el techo de NEWT para desarrollar ideas muy poco convencionales para resolver problemas difíciles," "añadió.