El óxido de grafeno ha sido aclamado como un auténtico material maravilloso. Pero en el momento en que el laboratorio lo incorporó a espuma de nanocelulosa, se creó una sustancia ligera, fuerte y flexible, conductora de calor y electricidad de forma rápida y eficiente.
Ahora, un equipo de ingenieros de la Universidad de Washington en St. Louis ha encontrado una manera de utilizar estas láminas de óxido de grafeno para transformar el agua residual en agua potable, en un hallazgo que podría causar una revolución global (si acaso no hemos escuchado eso ya antes cientos de veces…).
«Esperamos que en los países donde hay luz solar suficiente, como la India, seas capaz de tomar un poco de agua sucia, evaporarla utilizando nuestro material, y recoger el agua fresca resultante», dijo Srikanth Singamaneni, profesor asociado de ingeniería mecánica y ciencia de materiales en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas.
Este nuevo enfoque combina celulosa producida por bacterias y óxido de grafeno para formar una bioespuma de dos capas. El artículo que detalla la investigación está disponible en Advanced Materials.
«El proceso es muy simple», dijo Singamaneni. «La elegancia reside en que la red de escala nanométrica de fibra de celulosa producida por bacterias tiene una excelente capacidad de mover el agua desde la superficie principal de evaporación y reducir al mínimo el calor que se transmite hacia abajo, y todo esto se produce de golpe”.
«El diseño del material es nuevo aquí», dijo Singamaneni. «Tienes una estructura de dos capas con nanocelulosa rellena de óxido de grafeno que absorbe la luz en la parte superior y nanocelulosa prístina en la parte inferior. Cuando se suspende todo esto en el agua, el agua es realmente capaz de alcanzar la superficie superior donde ocurre la evaporación”.
«La luz irradia en la parte superior de la misma, y se convierte en calor debido al óxido de grafeno; pero la disipación del calor al volumen de agua presente debajo se reduce al mínimo gracias a la capa de nanocelulosa prístina. No quieres derrochar calor; lo que quieres es confinar el calor en la capa superior, donde la evaporación está sucediendo realmente».
La celulosa en la parte inferior de la bioespuma de doble capa actúa como una esponja, trasvasando agua hasta el óxido de grafeno donde se produce la rápida evaporación. El agua dulce resultante se puede recoger fácilmente de la parte superior de la lámina.
El proceso por el cual se crea la bioespuma de doble capa es también novedoso. De la misma manera una ostra hace una perla, las bacterias forman capas de fibras de nanocelulosa en la que las escamas de óxido de grafeno quedan incrustadas.
«Mientras cultivábamos las bacterias de la celulosa, añadimos las virutas de óxido de grafeno en el medio mismo [en que se encontraban]», dijo Jiang Qisheng, autor principal del artículo y estudiante graduado por el laboratorio Singamaneni.
«El óxido de grafeno queda incrustado conforme la bacteria produce la celulosa. En un cierto punto a lo largo del proceso, paramos, eliminamos el medio donde se encuentra el óxido de grafeno y reintroducimos medio fresco. Eso produce la siguiente capa de nuestra espuma. El punto de contacto es muy fuerte; mecánicamente, es bastante robusto».
La nueva bioespuma también es extremadamente ligera y barata de hacer, por lo que es una herramienta viable para la purificación y desalinización del agua.
«La celulosa se puede producir a escala masiva», dijo Singamaneni, «y el óxido de grafeno es extremadamente barato: la gente puede producir toneladas, puras toneladas, de la misma. Los dos materiales implicados en esto son altamente escalables. Así que uno se puede imaginar haciendo enormes hojas de esta bioespuma».
«Las propiedades de este material de espuma que hemos sintetizado tiene características que mejora la recolección de energía solar. Por lo tanto, es más eficaz en la limpieza de agua», dijo Pratim Biswas, Profesor Lucy y Stanley Lopata y presidente del Departamento de Energía, Medio Ambiente e Ingeniería Química.
«El proceso de síntesis también permite la adición de otros materiales nanoestructurados a la espuma que aumentará la tasa de destrucción de las bacterias y otros contaminantes, y hacer [el agua] seguro para beber. También vamos a explorar otras aplicaciones para estas nuevas estructuras».
