Pó atóxico para desinfecção de água contaminada
Um pó atóxico reciclável de baixo custo pode matar milhares de bactérias transmitidas pela água contaminada
Um pó reciclável de baixo custo pode matar milhares de bactérias transmitidas pela água por segundo quando exposto à luz solar. Cientistas de Stanford e SLAC dizem que o desinfetante ultrarrápido pode ser um avanço revolucionário para 2 bilhões de pessoas em todo o mundo sem acesso a água potável. POR MARK SHWARTZ
Pelo menos 2 bilhões de pessoas em todo o mundo bebem rotineiramente água contaminada com micróbios causadores de doenças.
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). (Imagem: Tong Wu/Stanford University)
Agora, 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. 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”, 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. “Acreditamos que nossa nova tecnologia facilitará mudanças revolucionárias na desinfecção da água e inspirará mais inovações neste emocionante campo interdisciplinar.”
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”, disse o autor sênior Yi Cui, professor de MSE e Engenharia de Ciência da Energia da Stanford Doerr. “Os materiais são de baixo custo e bastante abundantes. A principal inovação é que, quando imersos na água, todos funcionam juntos.”
Rápido, atóxico e reciclável
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.
Imagens microscópicas de E. coli antes (esquerda) e após a desinfecção. As bactérias morreram rapidamente depois que a luz solar produziu produtos químicos que causaram sérios danos às membranas celulares bacterianas, como mostrado nos círculos vermelhos. (Imagem: Tong Wu/Stanford University)
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.
Yi Cui é diretor do Precourt Institute for Energy e do Sustainability Accelerator na Stanford Doerr School of Sustainability. Ele também é professor de ciência de fótons no SLAC National Accelerator Laboratory. Bofei Liu é agora um cientista de pesquisa na EEnotech Inc., uma spinoff de purificação de água co-fundada por Cui. Tong Wu faz parte do corpo docente da Universidade Tonji, em Xangai.
Outros coautores de Stanford são Harold Y. Hwang, professor de física aplicada na Escola de Humanidades e Ciências e professor de ciência de fótons no SLAC, e diretor do Stanford Institute for Materials and Energy Sciences; os ex-pós-doutorandos de engenharia Chong Liu, Jiayu Wan, Feifei Shi, Ankun Yang, Kai Liu e Zhiyi Lu; e os ex-alunos de doutorado em engenharia Jie Zhao e Allen Pei.
O financiamento para a pesquisa foi fornecido pelo Departamento de Energia dos EUA.
Contatos com a Mídia
Mark Golden, Instituto Precourt de Energia: (650) 724-1629; [email protected]
Yi Cui, Ciência dos Materiais e Engenharia: (650) 725-3230; [email protected]
Fonte: thewaternetwork
Traduzido e adaptado por Flávio H. Zavarise Lemos
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