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Srikanth Singamaneni, professor de engenharia mecânica e ciência de materiais, e Young-Shin Jun, professor de energia, engenharia ambiental e química, e suas equipes combinaram seus conhecimentos para desenvolver uma membrana de ultrafiltração usando óxido de grafeno e nanocelulose bacteriana que eles descobriram ser altamente eficiente. , duradouro e ambientalmente amigável. Se a sua técnica fosse ampliada para um tamanho grande, poderia beneficiar muitos países em desenvolvimento onde a água limpa é escassa.
Os resultados de seu trabalho foram publicados como matéria de capa na edição de 2 de janeiro da Environmental Science & Technology .
O incrustamento biológico é responsável por quase metade de todas as incrustações de membrana e é altamente desafiador para erradicar completamente. Singamaneni e Jun têm enfrentado esse desafio juntos há quase cinco anos. Eles desenvolveram anteriormente outras membranas usando nanostars de ouro, mas queriam projetar uma que usasse materiais menos caros.
Sua nova membrana começa com a alimentação das bactérias Gluconacetobacter hansenii, uma substância açucarada, para formar nanofibras de celulose quando em água. A equipe então incorporou os flocos de óxido de grafeno (GO) na nanocelulose bacteriana enquanto ela crescia, prendendo essencialmente a GO na membrana para torná-la estável e durável.
Depois GO é incorporado, a membrana é tratada com solução de base para matar Gluconacetobacter. Durante esse processo, os grupos de oxigênio do GO são eliminados, reduzindo o GO. Quando a equipe brilhou a luz do sol sobre a membrana, os flocos GO reduzidos imediatamente geraram calor, que é dissipado na água circundante e na nanocelulose bacteriana.
Ironicamente, a membrana criada a partir de bactérias também pode matar bactérias.
“Se você quiser purificar a água com microorganismos, o óxido de grafeno reduzido na membrana pode absorver a luz do sol, aquecer a membrana e matar as bactérias”, disse Singamaneni.
Singamaneni e Jun e sua equipe expuseram a membrana à bactéria E. coli, e então iluminaram a superfície da membrana. Depois de ser irradiada com luz por apenas 3 minutos, a bactéria E. coli morreu. A equipe determinou que a membrana rapidamente aqueceu acima dos 70 graus Celsius necessários para deteriorar as paredes celulares da bactéria E. coli.
Enquanto as bactérias são mortas, os pesquisadores tinham uma membrana cristalina com alta qualidade de fibras de nanocelulose que era capaz de filtrar a água duas vezes mais rápido que as membranas de ultrafiltração disponíveis comercialmente sob uma alta pressão operacional.
Quando eles fizeram o mesmo experimento em uma membrana feita de nanocelulose bacteriana sem o GO reduzido, a bactéria E. coli permaneceu viva.
“Isso é como impressão 3D com microorganismos”, disse Jun. “Podemos adicionar o que quisermos à nanocelulose das bactérias durante o seu crescimento. Observamos em condições de pH diferentes, semelhantes às que encontramos no ambiente, e essas membranas são muito mais estáveis em comparação com as membranas preparadas por filtração a vácuo ou por revestimento rotativo. de óxido de grafeno “.
Enquanto Singamaneni e Jun reconhecem que a implementação deste processo em sistemas de osmose reversa convencionais é taxativa, eles propõem um sistema de módulos em espiral, semelhante a um rolo de toalhas. Ele pode ser equipado com LEDs ou um tipo de nanogerador que aproveita a energia mecânica do fluxo de fluido para produzir luz e calor, o que reduziria o custo total.
