Espuma de nanocelulosa y óxido de grafeno para obtener agua limpia

A) Esquema de la fabricación del aerogel. B) Fotografías del material durante el proceso de fabricación. C) Imagen de AFM de las láminas de GO. D) Espectro Raman de las láminas de GO (artículo online)

Un ingenioso material compuesto con óxido de grafeno, desarrollado por unos ingenieros de la Washington University de San Luis, podría servir para obtener vapor de agua con energía solar.
Este nuevo material, cuyos detalles se publicaron recientemente en la revista online Advanced Materials, consiste en una espuma o aerogel de nanocelulosa producida por bacterias, de forma que se crea una estructura bicapa en la que un lado contendría óxido de grafeno reducido (RGO) y el otro sería solo la celulosa original (BNC).

La clave del funcionamiento del biomaterial reside en este diseño en dos capas, gracias a una especie de sinergia entre cada una de ellas. La cara con la celulosa prístina se coloca en contacto con la superficie del agua a depurar y la otra cara, con el óxido de grafeno, queda hacia arriba, expuesta a la luz, al ambiente.
De esta forma, la cara de nanocelulosa actuaría como una esponja capaz de absorber el agua pura, la cual migraría a la parte superior con grafeno. Allí, gracias a las propiedades del óxido de grafeno, la luz solar recibida se transformaría en calor y esto ayudaría a la evaporación del agua pura absorbida. A continuación, este agua se podría recoger fácilmente de esta capa superior.
Por otro lado, el hecho de que la parte inferior no tenga RGO ayuda minimizar las pérdidas de calor, ya que esta capa no es conductora. En conjunto, los investigadores indican que el proceso de obtención de vapor de agua alcanza una elevada eficiencia térmica, de hasta un 83% a una densidad de potencia de 10 kW/m2.

Como señalan los autores, conviene destacar que todo este mecanismo es posible gracias a la nanoestructura reticular de fibras de celulosa producida por las bacterias (Gluconacetobacter hansenii), con gran número de microporos abiertos, la cual tiene una excelente capacidad de absorción de agua.

El proceso de producción de esta espuma de fibras de BNC es bastante novedoso y consiste en cultivar las bacterias productoras de celulosa en un medio con óxido de grafeno de forma que, según se vaya creando la estructura reticular, este óxido de grafeno quede embebido en la red. Posteriormente, cuando se ha obtenido el espesor deseado de esta capa, se cambia el medio de cultivo introduciendo uno nuevo ahora ya sin el grafeno. Ahora las bacterias seguirán fabricando el gel pero ya exclusivamente de celulosa. En este punto, no obstante, se crea una aparente discontinidad de la que los investigadores afirman que, pese a lo que pueda parecer, continua siendo robusta mecánicamente.
Finalmente, el material se somete a un proceso de lavado con NaOH y secado posterior, lo que le da la consistencia final de aerogel y en la que el óxido de grafeno se reduce parcialmente.

Además, añaden que se trata de un material barato capaz de producirse a gran escala, al que incluso se le podrían añadir otros componentes en su fabricación de manera que se pudiese mejorar la eliminación de bacterias u otros contaminantes en el agua a depurar.

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