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Pesquisadores criam pó que usa a luz do sol para desinfetar água potável contaminada

Pó desinfetante torna água potável quando exposto à luz do Sol (Imagem: tamaraelnova/envato)

Traduzido por Carlos Germano
Original de Mark Shwartz para Universidade de Stanford

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

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 quando exposto à luz solar. A descoberta desse desinfetante ultrarrápido pode ser um avanço significativo para quase 30% da população mundial sem acesso à água potável, conforme 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 coautor 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 tecnologia facilitará mudanças revolucionárias na desinfecção da água e inspirará mais inovações neste campo interdisciplinar.”

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)
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)

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 também 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, o Fortinet Founders Professor 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.”

Rápido, não tóxico e reciclável

Após 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 mais destrutivas de oxigênio. Os produtos químicos recém-formados matam rapidamente as bactérias danificando suas membranas celulares.

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 (Escherichia 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 luz solar real e, em 60 segundos, nenhuma bactéria viva foi detectada.”

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)

Os nanoflakes em pó podem se mover rapidamente, fazer contato físico com muitas bactérias e matar elas 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. Então você pode beber a água imediatamente.”

O pó atóxico também é reciclável. O óxido de ferro permite que os nanoflocos sejam removidos da água com um ímã comum. No estudo, os pesquisadores usaram magnetismo para coletar o mesmo pó 30 vezes para tratar 30 amostras diferentes de água contaminada.

“Posso imaginar caminhantes e mochileiros carregando uma pequena quantidade de pó e um pequeno ímã”, disse Cui. “Durante o dia, você coloca o pó na água, agita um pouco sob a luz do sol, e em um minuto você tem água potável.”

O pó também pode ser útil em estações de tratamento de águas residuais que utilizam lâmpadas ultravioleta para desinfetar a água tratada, acrescentou.

“Durante o dia, a planta pode usar a luz solar visível, que funcionaria muito mais rápido que o UV e provavelmente economizaria energia”, disse Cui. “Os nanoflakes são bastante fáceis de fazer e podem ser rapidamente ampliados em toneladas.”

O estudo se concentrou na E. coli, que pode causar doenças gastrointestinais graves e até mesmo colocar a vida em risco. A Agência de Proteção Ambiental dos EUA definiu como zero a meta de nível máximo de contaminante para E. coli na água potável. A equipe de Stanford e SLAC planeja testar o novo pó em outros patógenos transmitidos pela água, incluindo vírus, protozoários e parasitas que também causam doenças graves.