Este gel, que actúa con luz solar y está inspirado en las esponjas vegetales, podría purificar agua para todo un día

El acceso al agua potable se ve dificultado por el aumento de la población humana y la contaminación de las fuentes de agua dulce. Los dispositivos que se desarrollan actualmente para potabilizar el agua con luz solar solo pueden producir unos pocos litros al día. Pero ahora, los investigadores de ACS Central Science han anunciado que se inspiraron en las esponjas vegetales para crear un hidrogel poroso que actúa a partir de la luz solar y que podría purificar suficiente agua para satisfacer las necesidades diarias de una persona, incluso cuando está nublado.

Anteriormente, los investigadores habían sugerido la evaporación a partir de la luz solar como método de bajo consumo energético para purificar el agua, pero los resultados no son del todo satisfactorios cuando está nublado. Una solución podrían ser los hidrogeles sensibles a la temperatura, concretamente los de poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPAm), que pasan de absorber agua en condiciones de baja temperatura a repelerla cuando se calientan. Sin embargo, los geles de PNIPAm convencionales no pueden generar agua limpia con la rapidez suficiente para satisfacer las necesidades diarias de una persona debido a que sus poros están cerrados. Por el contrario, las esponjas vegetales naturales, que mucha gente utiliza para exfoliarse en la ducha, tienen poros grandes, abiertos e interconectados. Así pues, Rodney Priestley, Xiaohui Xu y sus colegas quisieron reproducir la estructura de la esponja vegetal en un hidrogel a base de PNIPAm, dando lugar a un material que pudiera absorber rápidamente el agua a temperatura ambiente y liberar pronto agua purificada cuando se calentara con los rayos del sol, con cielo tanto despejado como nublado.

Los investigadores utilizaron una mezcla de agua y etilenglicol como medio de polimerización singularmente distinto para fabricar un hidrogel de PNIPAm con una estructura de poros abiertos, similar a la de una esponja vegetal. A continuación, recubrieron los poros interiores opacos del hidrogel con polidopamina (PDA) y poli(metacrilato de sulfobetaína) (PSMBA), y probaron este material utilizando una luz artificial cuya potencia es equivalente a la del sol. El material absorbió agua a temperatura ambiente y, al ser calentado por la luz artificial, liberó el 70 % del agua almacenada en 10 minutos, una velocidad cuatro veces superior a la de un gel absorbente sobre el que se había informado anteriormente. Los investigadores afirman que, a este ritmo, el material tiene potencial para satisfacer la demanda diaria de una persona. Asimismo, en condiciones de menor luminosidad que replican las de un cielo parcialmente nublado, el material tardó entre 15 y 20 minutos en liberar una cantidad similar de agua almacenada.

Por último, este nuevo material que se asemeja a una esponja vegetal se probó en muestras contaminadas con tintes orgánicos, metales pesados, petróleo y microplásticos. En todas las pruebas, el gel permitió realizar una limpieza sustancial del agua. Por ejemplo, en dos ciclos de tratamiento, se absorbieron muestras de agua con alrededor de 40 partes por millón (ppm) de cromo, las cuales luego se liberaron con menos de 0,07 ppm, que es el límite permitido para el agua potable. Los investigadores afirman que la singular estructura del hidrogel que crearon podría ser útil en otras aplicaciones, como la administración de fármacos, los sensores inteligentes y las separaciones químicas.

Los autores agradecen la financiación de una Beca Presidencial Postdoctoral de la Universidad de Princeton, una Beca del Consorcio Nacional GEM, la Fundación Nacional para la Ciencia de los EE. UU., el Fondo Eric y Wendy Schmidt para la Tecnología Transformativa de la Universidad de Princeton, el Fondo del Proyecto X de la Universidad de Princeton y la Iniciativa de Catálisis de Princeton.

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