Los investigadores han desarrollado un hidrogel alimentado por luz solar con una estructura similar a la lufa que puede purificar rápidamente grandes cantidades de agua contaminada con aceites, metales y microplásticos. El material, que funciona incluso cuando está turbio, podría suministrar suficiente agua potable para satisfacer las necesidades diarias de una persona.
Los hidrogeles son muy prometedores para aplicaciones como la purificación del agua, pero las técnicas actuales no pueden generar cantidades suficientes de agua debido a las estructuras de poros cerrados de los materiales estudiados hasta ahora. En cambio, las esponjas vegetales naturales, que mucha gente usa para exfoliar la piel, tienen poros grandes, abiertos e interconectados. El agua puede así filtrarse a una velocidad significativamente acelerada a través de estas estructuras.
En el nuevo trabajo, un equipo de investigadores dirigido por Rodney Priestley y Xiaohui Xu de la Universidad de Princeton fabricó un gel absorbente solar similar a una esponja vegetal (LSAG) con una estructura de poros abiertos interconectados. El gel puede producir agua de calidad potable a partir de varias fuentes contaminadas a una tasa de alrededor de 26 kg/m2/h, que es lo suficientemente alto, dicen, para satisfacer las necesidades diarias de agua de una persona.
Los investigadores fabricaron su LSAG a partir de poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPAm), polidopamina (PDA) y poli(metacrilato de sulfobetaína) (PSBMA) utilizando un disolvente de etilenglicol y agua.
"Desarrollamos el hidrogel PNIPAm inspirado en la esponja vegetal mediante polimerización por radicales libres usando el solvente mixto como medio de polimerización", explica Xu. "Luego funcionalizamos el PNIPAm con PDA y PSBMA a través de un enfoque de polimerización in situ, lo que produjo un material absorbente solar multifuncional y altamente duradero para purificar el agua".
De hidrofílico a hidrofóbico
Los investigadores probaron su gel solar similar a la esponja vegetal sumergiéndolo en una solución de agua contaminada a una temperatura inferior a la temperatura crítica inferior de la solución (LCST), la temperatura por debajo de la cual el gel es hidrofílico. Observaron que el gel se hinchaba al absorber grandes cantidades de agua mientras capturaba simultáneamente los contaminantes.
Luego expusieron el gel a luz solar simulada de entre 0.5 y 1 kW/m2 (0.5–1 sol), elevando su temperatura por encima de su LCST. Esto hace que el gel cambie de un estado hidrofílico a uno hidrofóbico, lo que permite que el agua purificada se libere rápidamente, dice Xu. De hecho, el gel liberó aproximadamente el 70 % del líquido almacenado en solo 10 a 20 minutos.
El purificador de agua con energía solar está inspirado en el pez globo
Según los investigadores, que informan de su trabajo en Ciencia Central ACS, el nuevo gel absorbente solar podría abrir un “nuevo paradigma para la producción de agua solar con el potencial de satisfacer la demanda humana diaria”.
El equipo ahora está trabajando en el desarrollo de un hidrogel antibacteriano que pueda matar de manera eficiente las bacterias que nacen en el agua. "También probaremos la capacidad de nuestro gel para purificar el agua contaminada con PFAS [sustancias de perfluoroalquilo y polifluoroalquilo]", dice Xu. Mundo de la física.
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- Fuente: https://physicsworld.com/a/solar-driven-hydrogel-purifies-contaminated-water/
