Cercetătorii din China au dezvoltat o metodă eficientă şi ecologică de purificare a apei prin care se elimină până la 99% din bacterii.

Utilizând radiaţia ultravioletă şi o folie bidimensională a unui compus denumit nitrură de carbon grafitic (g-C3N4), cercetătorii au realizat prototipul unui filtru eficient care poate purifica 10 litri de apă în numai o oră, ucigând practic toate bacteriile dăunătoare.

Această tehnică de purificare a apei este cunoscută sub numele de dezinfecție fotocatalitică care adeseori este propusă ca o alternativă eficientă la sistemele actuale de filtrare a apei, cum ar fi clorinarea sau dezinfectarea cu ozon, care nu sunt ecologice.

Găsirea unei modalități ecologice de curățare a apei potabile este de cea mai mare importanță, mai ales dacă ţinem cont de schimbările climatice și de deficitul de apă.

„Aplicaţiile viitoare ale tehnologiei de dezinfecție fotocatalitică pot îmbunătăţi, în mod semnificativ, eficienţa purificării apei”, a explicat cercetătorul Dan Wang.

Purificarea apei

Credit: Johnny Brown/Unsplash

Modul cum funcționează această tehnologie este remarcabil de simplu.

Diferite materiale pot fi folosite ca fotocatalizatori în apă, ceea ce înseamnă că ele absorb radiaţia electromagnetică și accelerează (catalizează) reacțiile oxigenului care se produc în apă în prezența unor radiaţii având anumite lungimi de undă.

Aceste reacții produc molecule cunoscute sub numele de specii reactive de oxigen care sunt foarte utile pentru uciderea microorganismelor.

Există o mulțime de catalizatori metalici eficienți care pot fi folosiţi în acest scop, dar, din păcate, ei generează reziduuri metalice în apă.

În schimb, catalizatorii nemetalici, cum ar fi cei sub formă de nanotuburi și grafenul, sunt mai siguri, dar mai puțin eficienți decât omologii lor metalici, deoarece nu produc suficiente specii reactive de oxigen.

Cu toate acestea, cercetătorii de la Chinese Academy of Sciences din Beijing și Yangzhou University cred că au găsit, în sfârșit, o soluție practică, eficientă și netoxică de purificare a apei.

Soluţia este un material sintetic, foarte subțire, care are proprietățile potrivite pentru a absorbi radiaţia ultravioletă și a produce suficiente specii reactive de oxigen necesare eliminării bacteriilor.

Nitrura de carbon grafitic a atras tot mai mult atenția cercetătorilor în ultimii ani datorită potențialului de stocare a energiei.

Folosind doar lumină vizibilă, cercetătorii au descoperit că foliile bidimensionale ale acestui material pot purifica rapid apa poluată. Un test inițial a confirmat moartea a 99,9999% din bacteriile Escherichia coli dintr-o probă de 50 mililitri de apă în doar 30 de minute.

Aceasta înseamnă că acest material este de 5 ori mai eficient decât oricare alt fotocatalizator fără metal cunoscut în prezent. În plus, reacția consumă doar o zecime din catalizator la un moment dat.

„Această eficiență remarcabil de mare este, de asemenea, comparabilă cu cea a celor mai buni fotocatalizatori pe bază de metale”, afirmă autorii studiului.

Eficiența materialului provine din structura unică a acestuia, cercetătorii încărcând marginile foliilor bidimensionale cu molecule de carboxil și carbonil, care au atras electroni adiţionali.

Prin interacţiunea cu acest material, radiaţia ultravioletă și lumina (vizibilă) produc, în mod eficient, o specie reactivă de oxigen cunoscută sub numele de peroxid de hidrogen.

Odată ajuns în apă, acest antiseptic ucide efectiv bacteriile, înainte de a se disocia în apă și oxigen.

Cercetătorii susţin că un astfel de sistem de purificare a apei nu este greu de reprodus la o scară mai mare.

Nitrura de carbon grafitic poate fi sintetizată cu ușurință la un cost redus, iar sistemul în sine este simplu de configurat.

„Este un prim pas bun, dar prototipul nostru nu este suficient pentru a purifica apa de alţi contaminanţi.

Pentru purificare avem nevoie de alte dispozitive pentru eliminarea ionilor de metale grele, reglarea pH-ului și eliminarea reziduurilor.

În consecinţă, trebuie să utilizăm sistemul nostru împreună cu alte sisteme de filtrare pentru a satisface cerințele de purificare ale apei”, a declarat Wang.

Acest studiu a fost publicat în Chem.

Sursă: Science Alert