Este gel solar inspirado en la lufa podría purificar toda el agua que necesitarás en un día

El acceso al agua limpia se ve limitado a medida que aumenta la población humana y la contaminación afecta las fuentes de agua dulce. Los dispositivos actualmente en desarrollo que limpian el agua sucia utilizando la luz solar solo pueden producir hasta unos pocos galones de agua por día. Pero ahora, los investigadores en Ciencias centrales de la ACS informe cómo las esponjas de lufa inspiraron un hidrogel poroso alimentado por la luz solar que potencialmente podría purificar suficiente agua para satisfacer las necesidades diarias de alguien, incluso cuando está nublado.

Anteriormente, los investigadores sugirieron que la evaporación impulsada por la luz solar podría ser una forma de purificar el agua con bajo consumo de energía, pero este enfoque no funciona bien cuando está nublado. Una solución podría ser hidrogeles sensibles a la temperatura, específicamente poli(norte-isopropilacrilamida) (PNIPAm), que pasan de absorber agua a temperaturas más frías a repelerla cuando se calienta. Sin embargo, los geles PNIPAm convencionales no pueden generar agua limpia lo suficientemente rápido para satisfacer las necesidades diarias de las personas debido a que sus poros están cerrados. Por el contrario, las esponjas vegetales naturales, que muchas personas usan para exfoliar en la ducha, tienen poros grandes, abiertos e interconectados. Entonces, Rodney Priestley, Xiaohui Xu y sus colegas querían replicar la estructura de la esponja vegetal en un hidrogel basado en PNIPAm, produciendo un material que pudiera absorber agua rápidamente a temperatura ambiente y liberar rápidamente agua purificada cuando se calienta con los rayos del sol bajo un cielo brillante o nublado. condiciones.

Los investigadores utilizaron una mezcla de agua y etilenglicol como medio de polimerización único y diferente para fabricar un hidrogel de PNIPAm con una estructura de poros abiertos, similar a una esponja vegetal natural. Luego recubrieron los poros internos del hidrogel opaco con polidopamina (PDA) y poli(metacrilato de sulfobetaína) (PSMBA), y probaron este material usando una luz artificial equivalente a la energía del sol. Absorbió agua a temperatura ambiente y, cuando se calentó con la luz artificial, liberó el 70 % del agua almacenada en 10 minutos, una tasa cuatro veces mayor que la de un gel absorbente informado anteriormente. Los investigadores dicen que, a este ritmo, el material tiene el potencial para satisfacer la demanda diaria de una persona. Y en condiciones de poca luz, replicando cielos parcialmente nublados, el material tardó de 15 a 20 minutos en liberar una cantidad similar de agua almacenada.

Finalmente, el nuevo material similar a la lufa se probó en muestras contaminadas con tintes orgánicos, metales pesados, aceite y microplásticos. En todas las pruebas, el gel hizo que el agua fuera sustancialmente más limpia. Por ejemplo, en dos ciclos de tratamiento, se absorbieron muestras de agua con alrededor de 40 partes por millón (ppm) de cromo y luego se liberaron con menos de 0,07 ppm de cromo, el límite permitido para el agua potable. Los investigadores dicen que la estructura de hidrogel única que crearon podría ser útil en aplicaciones adicionales, como la administración de fármacos, sensores inteligentes y separaciones químicas.