Novo pó reciclável de baixo custo transforma água impura em potável usando o sol
Cientistas da Universidade de Stanford e do SLAC National Accelerator Laboratory inventaram um pó reciclável de baixo custo que mata milhares de bactérias transmitidas pela água por segundo quando expostas à luz solar comum. A descoberta deste desinfetante ultrarrápido pode ser um avanço significativo para quase 30% da população mundial sem acesso a água potável, de acordo com a equipe de Stanford e SLAC.
Pelo menos 2 bilhões de pessoas em todo o mundo bebem rotineiramente água contaminada com micróbios causadores de doenças.
Seus resultados foram publicados em um estudo de 18 de maio na Nature Water.
As doenças transmitidas pela água são responsáveis por 2 milhões de mortes anualmente, a maioria em crianças com menos de 5 anos. Acreditamos que nossa nova tecnologia facilitará mudanças revolucionárias na desinfecção da água e inspirará mais inovações neste emocionante campo interdisciplinar.
disse o coautor principal do estudo, Tong Wu, ex-bolsista de pós-doutorado em ciência e engenharia de materiais (MSE) na Escola de Engenharia de Stanford.
As tecnologias convencionais de tratamento de água incluem produtos químicos, que podem produzir subprodutos tóxicos, e luz ultravioleta, que leva um tempo relativamente longo para desinfetar e requer uma fonte de eletricidade.
O novo desinfetante desenvolvido em Stanford é um pó metálico inofensivo que funciona absorvendo luz UV e visível de alta energia do sol. O pó consiste em flocos nanométricos de óxido de alumínio, sulfeto de molibdênio, cobre e óxido de ferro.
Usamos apenas uma pequena quantidade desses materiais. Os materiais são de baixo custo e bastante abundantes. A principal inovação é que, quando imersos na água, todos funcionam juntos.
disse o autor sênior Yi Cui, professor de MSE e Engenharia de Ciência da Energia da Stanford Doerr.
O pó desinfetante é agitado em água contaminada por bactérias (canto superior esquerdo). A mistura é exposta à luz solar, que mata rapidamente todas as bactérias (canto superior direito). Um ímã coleta o pó metálico após a desinfecção (canto inferior direito). O pó é então recarregado em outro copo de água contaminada, e o processo de desinfecção é repetido (canto inferior esquerdo).
Tecnologia utilizada
Depois de absorver fótons do sol, o catalisador de sulfeto de molibdênio/cobre funciona como uma junção semicondutor/metal, permitindo que os fótons desalojam elétrons. Os elétrons liberados então reagem com a água circundante, gerando peróxido de hidrogênio e radicais hidroxila – uma das formas mais biologicamente destrutivas de oxigênio. Os produtos químicos recém-formados matam rapidamente as bactérias, danificando seriamente suas membranas celulares.
Para o estudo, a equipe de Stanford e SLAC usou um copo de 200 mililitros [6,8 onças] de água à temperatura ambiente contaminada com cerca de 1 milhão de bactérias E. coli por mL [.03 oz.].
“Mexemos o pó na água contaminada“, disse o coautor principal Bofei Liu, ex-pós-doc da MSE. “Em seguida, realizamos o teste de desinfecção no campus de Stanford sob luz solar real e, em 60 segundos, nenhuma bactéria viva foi detectada.“
Os nanoflocos de pó podem se mover rapidamente, fazer contato físico com muitas bactérias e matá-las rapidamente, acrescentou.
Os subprodutos químicos gerados pela luz solar também se dissipam rapidamente.
“A vida útil do peróxido de hidrogênio e dos radicais hidroxi é muito curta“, disse Cui. “Se eles não encontrarem imediatamente bactérias para oxidar, os produtos químicos se decompõem em água e oxigênio e são descartados em segundos. Então você pode beber a água imediatamente.“
O pó atóxico também é reciclável. O óxido de ferro permite que os nanoflocos sejam removidos da água com um ímã comum. No estudo, os pesquisadores usaram magnetismo para coletar o mesmo pó 30 vezes para tratar 30 amostras diferentes de água contaminada.
“Para caminhantes e mochileiros, eu poderia imaginar carregar uma pequena quantidade de pó e um pequeno ímã“, disse Cui. “Durante o dia você coloca o pó na água, agita um pouco sob a luz do sol e em um minuto você tem água potável. Você usa o ímã para retirar as partículas para uso posterior.“
O pó também pode ser útil em estações de tratamento de águas residuais que atualmente usam lâmpadas UV para desinfetar a água tratada, acrescentou.
“Durante o dia, a planta pode usar a luz solar visível, que funcionaria muito mais rápido do que a UV e provavelmente economizaria energia“, disse Cui. “Os nanoflocos são bastante fáceis de fazer e podem ser rapidamente ampliados pela tonelada.“
O estudo se concentrou na E. coli, que pode causar doenças gastrointestinais graves e pode até ser fatal. A Agência de Proteção Ambiental dos EUA estabeleceu a meta de nível máximo de contaminantes para E. coli na água potável em zero. A equipe de Stanford e SLAC planeja testar o novo pó em outros patógenos transmitidos pela água, incluindo vírus, protozoários e parasitas que também causam doenças graves e morte.
Fonte: Nature Water
