El óxido de grafeno hace posible transformar agua del mar en agua potable

¿Os imagináis a toda la familia en la mesa a la hora de comer bebiendo agua del mar? Gracias a un equipo de científicos de la Universidad de Manchester (Reino Unido), ahora es posible transformar agua de mar en potable. El equipo científico ha creado unas membranas de óxido de grafeno que no se agrandan en contacto con el agua y que son capaces de tamizar las sales comunes (Romero, 2017). Por desgracia, actualmente no todo el mundo tiene cerca fuentes de agua potable y este gran avance científico permitiría llevar el agua limpia a millones de personas.

Imagen 1. – Lámina de grafeno sobre un soporte (García Koch, J. ).

El grafeno es una lámina extremadamente delgada compuesta de carbono y fue sintetizado por primera vez en 2004 por los investigadores rusos Andre Geim  y Konstantin Novoselov. El grafeno es conocido hoy en día como “el material del futuro”: es transparente, flexible, bastante resistente, impermeable, abundante, económico y conduce la electricidad mejor que ningún otro metal conocido. Gracias a sus increíbles propiedades tiene grandes aplicaciones;  Por ejemplo, permitirá fabricar desde dispositivos electrónicos con pantallas flexibles y transparentes y baterías ultrarrápidas a potentes paneles solares, sin olvidar aplicaciones en aeronáutica, medicina y otros sectores que se investigan en la actualidad (Guerrero, 2012).

El óxido de grafeno (GO) es un derivado químico del grafeno y puede definirse como una lámina de grafeno que se ha hecho funcional con distintos grupos oxigenados. A día de hoy no existe un consenso acerca de la estructura de este material, encontrando distintos modelos estudiados tal y como se muestra en la siguiente figura:

Imagen 2. – Modelos estructurales propuestos para el GO (Taeño, M. 2016).

El óxido de grafeno es un material que puede establecer enlaces covalentes o no covalentes (el enlace covalente es aquel que se genera entre dos átomos que tienen pares de electrones compartidos). Esto le hace jugar un papel importante en el campo de la biomedicina para su empleo como portador de fármacos o para crear biosensores fluorescentes utilizados en biomedicina para la detección de ADN y de proteínas (Taeño, 2016).

El grafeno es un material costoso y difícil de producir a gran escala. Sin embargo, el óxido de grafeno puede sintetizarse de una manera sencilla mediante un proceso de oxidación del grafito, conocido como el método de Hummers. Mediante este método se hace reaccionar grafito con una mezcla de permanganato potásico, nitrato sódico y ácido sulfúrico concentrado (Taeño, 2016).

Antes, las membranas de óxido de grafeno se hinchaban al sumergirlas en el agua, dejando pasar sales de pequeño tamaño por sus poros juntos con las moléculas del líquido. El coautor del trabajo Rahul Nair y su equipo de investigación, han logrado demostrar que al poner una capa delgada de resina epoxi (sustancia que se usa en revestimientos y pegamentos) a ambos lados de la membrana de óxido de grafeno, evita que ésta se expanda (BBC Mundo, 2017). Esta estrategia permite filtrar el agua salada de manera segura debido a que el tamaño de los poros puede ser controlado con gran precisión (Romero, 2017).

Los científicos pretenden crear estas membranas de óxido de grafeno a escalas más pequeñas con el objetivo de dar, a aquellos países que no tienen plantas de desalinización a gran escala, una forma de poseer agua dulce segura y accesible. (Romero, 2017).

 

Referencias

BBC Mundo (2017). “El revolucionario filtro de grafeno que puede convertir agua de mar en agua potable”. Disponible en: http://www.bbc.com/mundo/noticias-39481793 [Último acceso: 22 Oct. 2017]

Guerrero, T. (2012). “Grafeno, el material del futuro”. El Mundo. Disponible en: http://www.elmundo.es/elmundo/2012/04/13/nanotecnologia/1334331314.html [Último acceso: 22 Oct. 2017]

Romero, S. (2017). “Convierten agua de mar en agua potable gracias al grafeno”. Muy interesante. Disponible en: https://www.muyinteresante.es/ciencia/articulo/convierten-agua-de-mar-en-agua-potable-gracias-al-grafeno-451491294519 [Último acceso: 22 Oct. 2017]

Taeño, M. (2016). “Óxido de grafeno: el más desconocido de la familia del carbono”. Fundación telefónica. Disponible en: https://nanotecnologia.fundaciontelefonica.com/2016/08/24/oxido-de-grafeno-el-mas-desconocido-de-la-familia-del-carbono/  [Último acceso: 22 Oct. 2017]

 

‘Oleo Sponge’. La esponja reutilizable que absorbe petróleo.

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Voluntarios en las Islas Cíes el 8 de diciembre de 2002, en una imagen tomada por Antonio Figueras.

El manejo inadecuado de los materiales y residuos peligrosos ha generado, a escala mundial, un problema de contaminación de suelos, aire y agua. Las contaminaciones producidas por la extracción y el manejo del petróleo son de las más severas (Benavides, 2006). Como olvidar, la catástrofe del naufragio del viejo petrolero “El Prestige”, el cual naufragó en las costas gallegas y transportaba 77000 toneladas de fuel (líquido formado por hidrocarburos que se obtiene por destilación fraccionada del petróleo natural) (Ramírez, 2002).

Los naufragios de petróleo provocan grandes consecuencias en los ecosistemas marinos. Debido a la diferencia de densidad, las manchas de estos contaminantes flotan en el agua, impidiendo la entrada de luz y el intercambio gaseoso (Benavides, 2006). Las primeras poblaciones que se ven afectadas son: el plancton (conjunto de organismos pelágicos que se encuentran en suspensión en el agua del mar o en las aguas dulces) y los Bentos (comunidad formada por los organismos que habitan el fondo de los ecosistemas acuáticos).

Gracias a sus investigaciones previas sobre nuevas técnicas de nanotecnologías publicadas en 2011, Seth Darling, científico del Center for Nanoscale Materials de Argonne, y sus compañeros han inventado ‘Oleo Sponge’. ‘Oleo Sponge’ es una esponja capaz de limpiar los derrames de petróleo. Esta esponja puede absorber el petróleo, incluso bajo el agua, sin dañar ninguno de sus componentes. Además, otra de sus grandes características es que puede ser reutilizada. Comenzaron sus investigaciones con espuma de poliuretano común, la cual contiene un montón de grietas y rincones. No obstante, no era capaz de unir firmemente las moléculas de petróleo. Por esta razón, utilizaron sus previas investigaciones para darle una nueva química superficial. Tras varios experimentos, consiguieron crear una capa muy fina de óxido de metal “primer” cerca de las superficies interiores de la espuma (Lerner, 2017). Las moléculas se sujetan a la capa de óxido metálico sin llegar a mezclarse con la estructura de la esponja.

Gracias a las primeras pruebas realizadas en un tanque de agua de mar gigante, en Nueva Jersey, demostraron la fiabilidad de esta esponja, al ser capaz de absorber Diesel y petróleo desde abajo y en la superficie del agua. “El material es extremadamente robusto. Hemos ejecutado docenas de cientos de pruebas, retorciéndolas cada vez, y todavía no lo hemos visto en absoluto “, dijo Darling.

Esta esponja sería una magnifica solución para las catástrofes ambientales que se producen todos los días. ‘Oleo Sponge’ se podría utilizar diariamente para limpiar los puertos, en los cuales tiende a acumularse el petróleo debido al tráfico marino, según John Hervey, ejecutivo de desarrollo comercial de Argonne.

Aquí os dejo un video en el que se muestra la capacidad que tiene esta esponja de absorber petróleo: Argonne News Brief: Oleo Sponge soaks up oil spills from water https://youtu.be/v0QySTVqOJ0

REFERENCIAS

Benavides, J.; Quintero, G.; Liliana, A.; Jaimes, D.; Gutiérrez, S.; García, J. (2006). “Bioremediación de suelos contaminados con hidrocarburos derivados del petróleo”. NOVA – PUBLICACIÓN CIENTÍFICA EN CIENCIAS BIOMÉDICAS. ISSN:1794-2470. vol.4.

Ramírez, B. (2002) “Lo que el ‘Prestige’ se llevó.” EL MUNDO. Disponible en: http://www.elmundo.es/especiales/2002/11/ecologia/prestige/relato.html [Último acceso: 18 May. 2017].

Lerner, L. (2017). Argonne invents reusable sponge that soaks up oil, could revolutionize oil spill and diesel cleanup. Argonne Nathional Laboratory. Disponible en: http://www.anl.gov/articles/argonne-invents-reusable-sponge-soaks-oil-could-revolutionize-oil-spill-and-diesel-cleanup [Última fecha de acceso: 18 May. 2017].