Nova tecnologia usa luz solar comum para desinfetar água potável

May 01, 2023

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.

Pelo menos 2 bilhões de pessoas em todo o mundo bebem rotineiramente água contaminada com micróbios causadores de doenças.

O pó desinfetante é misturado em água contaminada com 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 béquer com água contaminada e o processo de desinfecção é repetido (canto inferior esquerdo). (Crédito da 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 exposto à luz solar comum. A descoberta desse 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 co-autor 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 excitante 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 tanto a luz ultravioleta quanto a luz visível de alta energia do sol. O pó consiste em flocos de tamanho nano 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 da Fortinet Founders de MSE e de Ciência e Engenharia de Energia na Stanford Doerr School of Sustainability. "Os materiais são de baixo custo e bastante abundantes. A principal inovação é que, quando imersos na água, todos funcionam juntos."

Depois de absorver os fótons do sol, o catalisador de sulfeto de molibdênio/cobre funciona como uma junção semicondutora/metal, permitindo que os fótons desalojem os elétrons. Os elétrons liberados então reagem com a água circundante, gerando peróxido de hidrogênio e radicais hidroxila – uma das formas biologicamente mais destrutivas de oxigênio. Os produtos químicos recém-formados rapidamente matam as bactérias danificando seriamente suas membranas celulares.

Imagens microscópicas de E. coli antes (esquerda) e depois da desinfecção. As bactérias morreram rapidamente depois que a luz solar produziu produtos químicos que causaram sérios danos às membranas celulares bacterianas, conforme mostrado nos círculos vermelhos. (Crédito da imagem: Tong Wu/Stanford University)

Para o estudo, a equipe de Stanford e SLAC usou um béquer de 200 mililitros [6,8 onças] de água em temperatura ambiente contaminada com cerca de 1 milhão de bactérias E. coli por mL [0,03 onças].

"Nós misturamos o pó na água contaminada", disse o co-autor Bofei Liu, um ex-pós-doutorando do MSE. “Em seguida, realizamos o teste de desinfecção no campus de Stanford sob a luz do sol real e, em 60 segundos, nenhuma bactéria viva foi detectada”.

Os nanoflakes em 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.

"O tempo de vida do peróxido de hidrogênio e dos radicais hidroxi é muito curto", disse Cui. "Se eles não encontrarem imediatamente bactérias para oxidar, os produtos químicos se decompõem em água e oxigênio e são descartados em segundos. Portanto, você pode beber a água imediatamente."