Investigadores de la Universidad de Washington han diseñado una nueva tecnología de membrana que purifica el agua al tiempo que evita la contaminación biológica o la acumulación de bacterias y otros microorganismos dañinos que reducen el flujo de agua. Utilizaron grafeno y bacterias para construir estas membranas filtrantes.

El equipo desarrolló una membrana de ultrafiltración con óxido de grafeno y nanocelulosa bacteriana que, en su opinión, era altamente eficiente, duradera y respetuosa con el medio ambiente. Si su técnica se ampliara a un tamaño grande, podría beneficiar a muchos países en desarrollo donde el agua limpia es escasa.

El equipo explicó que la bioincrustación representa casi la mitad de todas las incrustaciones en la membrana y que es un gran desafío erradicarla por completo. El equipo ha estado enfrentando este desafío juntos durante casi cinco años. Anteriormente desarrollaron otras membranas utilizando nanostars de oro, pero querían diseñar una que utilizara materiales menos costosos.

Su nueva membrana comienza con la alimentación de las bacterias Gluconacetobacter hansenii, una sustancia azucarada para que formen nanofibras de celulosa cuando están en el agua. Luego, el equipo incorporó escamas de óxido de grafeno (GO) en la nanocelulosa bacteriana mientras estaba creciendo, atrapando esencialmente el GO en la membrana para hacerla estable y duradera.

Después de la incorporación de GO, la membrana se trata con una solución de base para matar a Gluconacetobacter. Durante este proceso, los grupos de oxígeno de GO se eliminan, lo que reduce el GO. Cuando el equipo hizo brillar la luz solar sobre la membrana, los copos GO reducidos generaron de inmediato calor, que se disipa en el agua circundante y las bacterias nanocelulosa.

“Si quieres purificar el agua con microorganismos, la reducción del óxido de grafeno en la membrana puede absorber la luz solar, calentar la membrana y matar las bacterias”.

Los investigadores expusieron la membrana a la bacteria E. coli, luego iluminaron la superficie de la membrana. Después de ser irradiada con luz por solo 3 minutos, la bacteria E. coli murió. El equipo determinó que la membrana se calentó rápidamente por encima de los 70 grados centígrados necesarios para deteriorar las paredes celulares de la bacteria E. coli.

Mientras se matan las bacterias, los investigadores tenían una membrana prístina con una alta calidad de fibras de nanocelulosa que podían filtrar el agua dos veces más rápido que las membranas de ultrafiltración disponibles comercialmente a una presión de funcionamiento alta.

Cuando hicieron el mismo experimento en una membrana hecha de nanocelulosa bacteriana sin el GO reducido, la bacteria E. coli se mantuvo viva.

Si bien los científicos reconocen que la implementación de este proceso en los sistemas convencionales de ósmosis inversa es un problema, ellos proponen un sistema de módulos en espiral, similar a un rollo de toallas. Podría estar equipado con LED o un tipo de nanogenerador que aproveche la energía mecánica del flujo de fluido para producir luz y calor, lo que reduciría el costo general.