Investigadores elaboran una nueva forma de eliminar los microplásticos del agua

Investigadores de Princeton Engineeringhe encontrado una manerapara convertir la comida de su desayuno en un nuevo material que puede eliminar de forma económica la sal y los microplásticos del agua de mar.

Los investigadores utilizaron claras de huevo para crear un aerogel, un material liviano y poroso que se puede usar en muchos tipos de aplicaciones, incluida la filtración de agua, el almacenamiento de energía y el aislamiento acústico y térmico. Craig Arnold, Profesor Susan Dod Brown de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial y vicedecano de innovación en Princeton, trabaja con su laboratorio para crear nuevos materiales, incluidos aerogeles, para aplicaciones de ingeniería.

Un día, sentado en una reunión de profesores, tuvo una idea.

"Estaba sentado allí, mirando el pan en mi sándwich", dijo Arnold. "Y pensé para mis adentros, este es exactamente el tipo de estructura que necesitamos". Así que le pidió a su grupo de laboratorio que hiciera diferentes recetas de pan mezcladas con carbón para ver si podían recrear la estructura de aerogel que estaba buscando. Ninguno de ellos funcionó del todo bien inicialmente, por lo que el equipo siguió eliminando ingredientes a medida que probaban, hasta que finalmente solo quedaron las claras de huevo.

"Comenzamos con un sistema más complejo", dijo Arnold, "y seguimos reduciendo, reduciendo, reduciendo, hasta llegar al núcleo de lo que era. Eran las proteínas en las claras de huevo las que conducían a las estructuras que necesitábamos".

Las claras de huevo son un sistema complejo de proteína casi pura que, cuando se liofilizan y se calientan a 900 grados centígrados en un ambiente sin oxígeno, crean una estructura de hebras interconectadas de fibras de carbono y láminas de grafeno. En un artículo publicado en Materials Today, Arnold y sus coautores demostraron que el material resultante puede eliminar la sal y los microplásticos del agua de mar con una eficiencia del 98 % y 99 %, respectivamente.

"Las claras de huevo funcionaron incluso si primero se fríen en la estufa o se baten", dijo Sehmus Ozden, primer autor del artículo. Ozden es un ex investigador asociado postdoctoral en el Centro de Princeton para Materiales Complejos y ahora científico en el Centro de Investigación Aramco. Mientras que en las pruebas iniciales se usaron claras de huevo regulares compradas en tiendas, dijo Ozden, otras proteínas similares disponibles comercialmente produjeron los mismos resultados.

"Los huevos son geniales porque todos podemos conectarnos con ellos y son fáciles de obtener, pero debes tener cuidado al competir contra el ciclo alimentario", dijo Arnold. Debido a que otras proteínas también funcionaron, el material se puede producir potencialmente en grandes cantidades de manera relativamente económica y sin afectar el suministro de alimentos. Un próximo paso para los investigadores, señaló Ozden, es refinar el proceso de fabricación para que pueda usarse en la purificación de agua a mayor escala.

Si este desafío se puede resolver, el material tiene beneficios significativos porque es económico de producir, eficiente en el uso de energía y altamente efectivo. "El carbón activado es uno de los materiales más baratos utilizados para la purificación del agua. Comparamos nuestros resultados con el carbón activado y es mucho mejor", dijo Ozden. En comparación con la ósmosis inversa, que requiere una entrada de energía significativa y un exceso de agua para funcionar, este proceso de filtración solo requiere gravedad para funcionar y no desperdicia agua.

Si bien Arnold ve la pureza del agua como un "gran gran desafío", esa no es la única aplicación potencial para este material. También está explorando otros usos relacionados con el almacenamiento y aislamiento de energía.

La investigación incluyó contribuciones de los departamentos de ingeniería química y biológica y geociencias de Princeton y otros lugares. "Una cosa es hacer algo en el laboratorio", dijo Arnold, "y otra cosa es entender por qué y cómo". Entre los colaboradores que ayudaron a responder las preguntas de por qué y cómo se encontraban los profesores Rodney Priestley y A. James Link de ingeniería química y biológica, quienes ayudaron a identificar el mecanismo de transformación de las proteínas de la clara de huevo a nivel molecular. Los colegas de geociencias de Princeton ayudaron con las mediciones de la filtración de agua.

Susanna Monti del Instituto de Química de Compuestos Organometálicos y Valentina Tozzi del Instituto Nanoscienze y NEST-Scuola Normale Superiore crearon las simulaciones teóricas que revelaron la transformación de proteínas de clara de huevo en aerogel.

El artículo, "Aergel monolítico híbrido ultraligero derivado de proteína de huevo para la purificación de agua", se publicó en la revista Materials Today. Además de Arnold, Monti, Ozden, Priestley, Link y Tozzi, los autores incluyen a Nikita Dutta, exestudiante de posgrado en ingeniería mecánica y aeroespacial que ahora trabaja en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable; Stefania Gill, John Higgins y Nick Caggiano de la Universidad de Princeton; y Nicola Pugno de la Universidad de Trento y la Universidad Queen Mary de Londres. El apoyo fue proporcionado en parte por el Centro de Princeton para Materiales Complejos y la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU.

- Este comunicado de prensa se publicó originalmente en el sitio web de la Universidad de Princeton