Purificando a água com o poder do sol

Nov 07, 2023

Publicação: 17 de março de 2023

Autor: Brett Beasley

"Hoje, os grandes desafios são a tecnologia da informação e a energia", diz László Forró, professor de Física da Matéria Quântica Complexa da Aurora e Thomas Marquez no Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Notre Dame, "mas amanhã, o grande desafio será água."

A Organização Mundial da Saúde relata que hoje quase dois bilhões de pessoas consomem regularmente água contaminada. Ele estima que até 2025 metade da população mundial poderá enfrentar escassez de água. Muitos dos afetados estão em áreas rurais que carecem da infraestrutura necessária para operar purificadores de água modernos, enquanto muitos outros estão em áreas afetadas por guerras, desastres naturais ou poluição. Há uma necessidade maior do que nunca de formas inovadoras de estender o acesso à água para aqueles que vivem sem energia, saneamento e redes de transporte.

Recentemente, o laboratório do Forró desenvolveu exatamente essa solução. Eles criaram um purificador de água, descrito na revista parceira da Nature Clean Water, que é alimentado por um recurso ao qual quase todas as pessoas mais vulneráveis ​​do mundo têm acesso: o sol.

O componente chave no sistema do Forró é o dióxido de titânio. O dióxido de titânio é um material prontamente disponível conhecido por suas propriedades de dispersão de luz. Em uma forma, é um pigmento que empresta a algumas tintas e pastas de dente sua cor distinta de "branco de titânio". Também serve como ingrediente ativo em protetores solares, absorvendo a luz antes que ela atinja a pele.

O dióxido de titânio também pode reagir à luz de outra maneira: produzindo formas altamente reativas de oxigênio chamadas "radicais livres". Esses radicais livres são capazes de destruir os parasitas, bactérias e vírus encontrados na água contaminada.

Forró e seus colegas perceberam que, se pudessem produzir uma quantidade grande o suficiente de dióxido de titânio na forma de nanofios, poderiam encontrar uma maneira de usá-lo para purificar a água. Os nanofios tinham cerca de 10 nanômetros de largura, cerca de um 6.000 da largura de um fio de cabelo humano. O problema era que a maioria dos laboratórios só conseguia criar alguns gramas de nanofios por vez. No entanto, Forró e Endre Horváth, um químico, foram pioneiros em um novo processo que gerou nanofios de dióxido de titânio em grande quantidade. O novo processo teve um benefício importante. Poderia produzir um quilograma (mais de duas libras) dos nanofios de cada vez.

Com quantidades maiores de nanofios de dióxido de titânio à sua disposição, Forró e seus colegas conseguiram formar novos materiais compostos. Eles misturaram os nanofios com nanotubos de carbono em suspensão para formar uma espécie de malha. Eles drenaram a malha e afinaram com uma lâmina até ficar mais fina que uma folha de papel de copiadora. Em seguida, eles aqueceram o material até que seus componentes se fundissem para formar uma membrana que poderia ser usada como filtro.

Para construir um sistema de purificação, a equipe de Forró encaixou o filtro entre placas de vidro e criou uma entrada na parte superior de uma das extremidades e uma saída na parte inferior da outra extremidade. Eles especularam que a água que flui para o dispositivo seria purificada por três processos distintos executados em paralelo um ao outro. Uma delas é a filtragem mecânica. O material do filtro impediria que partículas maiores passassem pelo papel. Ao mesmo tempo, a luz do sol interagiria com o dióxido de titânio para produzir radicais livres e destruir quaisquer micróbios presentes na água. Simultaneamente, a luz do sol aqueceria o papel de filtro e a água ao redor, pasteurizando-a e garantindo ainda mais a destruição de quaisquer microorganismos nocivos. Então a água purificada poderia sair do aparelho pronta para consumo.

Com o protótipo totalmente montado, Forró e seus colegas puderam submetê-lo a uma série de testes. Um teste envolveu água de um rio próximo. Eles testaram a água para E. coli antes e depois da filtração e descobriram que o dispositivo era capaz de erradicar completamente qualquer E. coli da água. Eles também testaram o dispositivo em água misturada com um "coquetel" de nove poluentes diferentes. Isso incluía resíduos de drogas, pesticidas, produtos de manutenção, hormônios e cosméticos. Eles descobriram que o processo de saneamento de três partes do filtro removeu porções significativas até mesmo dessas moléculas poluentes da água.