Un grupo de la Universidad de Stanford dice que ha inventado un polvo reciclable de bajo costo que mata miles de bacterias transmitidas por el agua por segundo cuando se expone a la luz solar ordinaria.
Sugieren que el descubrimiento de este desinfectante ultrarrápido podría ser un avance significativo para casi el 30 por ciento de la población mundial sin acceso a agua potable segura. Sus resultados se publican en un estudio de mayo en Naturaleza Agua.
"Las enfermedades transmitidas por el agua son responsables de 2 millones de muertes al año, la mayoría en niños menores de 5 años", dijo el coautor principal del estudio, Tong Wu, ex becario postdoctoral de ciencia e ingeniería de materiales (MSE) en la Escuela de Ingeniería de Stanford. “Creemos que nuestra nueva tecnología facilitará cambios revolucionarios en la desinfección del agua e inspirará más innovaciones en este apasionante campo interdisciplinario”.
Las tecnologías convencionales de tratamiento de agua incluyen productos químicos, que pueden producir subproductos tóxicos, y luz ultravioleta, que lleva un tiempo relativamente largo para desinfectar y requiere una fuente de electricidad.
El nuevo desinfectante desarrollado en Stanford es un polvo metálico inofensivo que funciona absorbiendo tanto los rayos UV como la luz visible de alta energía del sol. El polvo consiste en copos de tamaño nanométrico de óxido de aluminio, sulfuro de molibdeno, cobre y óxido de hierro.
"Solo usamos una pequeña cantidad de estos materiales", dijo el autor principal. Yi Cui, el Profesor Fundador de MSE y de Ciencia e Ingeniería Energética de Fortinet en el Escuela de Sostenibilidad Stanford Doerr. “Los materiales son de bajo costo y bastante abundantes. La innovación clave es que, cuando se sumergen en agua, todos funcionan juntos”.
“Rápido, no tóxico y reciclable”
Después de absorber los fotones del sol, el catalizador de sulfuro de molibdeno/cobre actúa como una unión de semiconductor/metal, lo que permite que los fotones desprendan electrones. Los electrones liberados luego reaccionan con el agua circundante, generando peróxido de hidrógeno y radicales hidroxilo, una de las formas de oxígeno biológicamente más destructivas. Los productos químicos recién formados matan rápidamente a las bacterias al dañar gravemente sus membranas celulares.
Para el estudio, el equipo de Stanford usó un vaso de precipitados de 200 mililitros [6.8 onzas] de agua a temperatura ambiente contaminada con aproximadamente 1 millón E. coli bacterias por ml [03 oz.].
"Agitamos el polvo en el agua contaminada", dijo el coautor principal Bofei Liu, ex postdoctorado de MSE. “Luego llevamos a cabo la prueba de desinfección en el campus de Stanford con luz solar real, y en 60 segundos no se detectaron bacterias vivas”.
Los nanoflakes en polvo pueden moverse rápidamente, hacer contacto físico con muchas bacterias y matarlas rápidamente, agregó.
Los subproductos químicos generados por la luz solar también se disipan rápidamente.
“La vida útil del peróxido de hidrógeno y los radicales hidroxi es muy corta”, dijo Cui. “Si no encuentran inmediatamente bacterias para oxidar, los productos químicos se descomponen en agua y oxígeno y se desechan en cuestión de segundos. Así que puedes beber el agua de inmediato”.
El polvo no tóxico también es reciclable. El óxido de hierro permite que los nanoflakes se eliminen del agua con un imán común. En el estudio, los investigadores utilizaron magnetismo para recolectar el mismo polvo 30 veces para tratar 30 muestras diferentes de agua contaminada.
“Para los excursionistas y mochileros, podría imaginar llevar una pequeña cantidad de polvo y un pequeño imán”, dijo Cui. “Durante el día pones el polvo en agua, lo agitas un poco bajo la luz del sol y en un minuto tienes agua potable. Usas el imán para sacar las partículas para su uso posterior”.
El polvo también podría ser útil en las plantas de tratamiento de aguas residuales que actualmente usan lámparas UV para desinfectar el agua tratada, agregó.
“Durante el día, la planta puede usar la luz solar visible, que funcionaría mucho más rápido que la luz ultravioleta y probablemente ahorraría energía”, dijo Cui. "Los nanoflakes son bastante fáciles de hacer y se pueden escalar rápidamente por tonelada".
El estudio se centró en E. coli, que puede causar enfermedades gastrointestinales graves e incluso puede poner en peligro la vida. La Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. ha establecido el objetivo de nivel máximo de contaminantes para E. coli en agua potable en cero. El equipo de Stanford dice que planea probar el nuevo polvo en otros patógenos transmitidos por el agua, incluidos virus, protozoos y parásitos que también causan enfermedades graves y la muerte.
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