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Apr 29, 2024

Solar

Los investigadores han desarrollado un hidrogel impulsado por la luz solar con una estructura similar a una esponja vegetal que puede purificar rápidamente grandes cantidades de agua contaminada con aceites, metales y microplásticos. El material,

Los investigadores han desarrollado un hidrogel impulsado por la luz solar con una estructura similar a una esponja vegetal 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. Por el contrario, las esponjas vegetales naturales, que muchas personas utilizan para exfoliar la piel, tienen poros grandes, abiertos e interconectados. De este modo, el agua puede filtrarse a un ritmo significativamente acelerado 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 interconectada. El gel puede producir agua de calidad potable a partir de diversas fuentes contaminadas a un ritmo de alrededor de 26 kg/m2/h, que es suficiente, según 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 utilizando el disolvente mixto como medio de polimerización", explica Xu. "Luego funcionalizamos el PNIPAm con PDA y PSBMA mediante un enfoque de polimerización in situ, produciendo un material absorbente solar multifuncional y altamente duradero para purificar el agua".

Los investigadores probaron su gel solar similar a una esponja vegetal sumergiéndolo en una solución de agua contaminada a menos de su temperatura crítica más baja de solución (LCST), la temperatura por debajo de la cual el gel es hidrófilo. Observaron que el gel se hinchaba al absorber grandes cantidades de agua y al mismo tiempo capturaba contaminantes.

Luego expusieron el gel a luz solar simulada de entre 0,5 y 1 kW/m2 (0,5 a 1 sol), elevando su temperatura por encima de su LCST. Esto hace que el gel pase de un estado hidrófilo a uno hidrófobo, permitiendo así que el agua purificada se libere rápidamente, afirma Xu. De hecho, el gel liberó aproximadamente el 70% del líquido almacenado en sólo 10 a 20 minutos.

El purificador de agua que funciona con energía solar está inspirado en el pez globo

Según los investigadores, que informan de su trabajo en ACS Central Science, el nuevo gel absorbente solar podría abrir un “nuevo paradigma para la producción solar de agua con potencial para satisfacer la demanda humana diaria”.

El equipo ahora está trabajando en el desarrollo de un hidrogel antibacteriano que pueda matar eficazmente las bacterias nacidas en el agua. "También probaremos la capacidad de nuestro gel para purificar agua contaminada con PFAS [sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas]", dice Xu a Physics World.