Purificando a água com o poder do sol

Oct 16, 2023

Publicado: 17 de março de 2023

Autor: Brett Beasley

“Hoje, os grandes desafios são a tecnologia da informação e a energia”, diz László Forró, Professor Aurora e Thomas Marquez de Física da Matéria Quântica Complexa no Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Notre Dame, “mas amanhã, o grande desafio será água."

A Organização Mundial da Saúde relata que hoje quase dois bilhões de pessoas consomem regularmente água contaminada. Estima-se que até 2025 metade da população mundial poderá enfrentar escassez de água. Muitas das pessoas afectadas encontram-se em zonas rurais que não dispõem das infra-estruturas necessárias para o funcionamento de purificadores de água modernos, enquanto muitas outras se encontram em zonas afectadas por guerras, catástrofes naturais ou poluição. Há uma necessidade maior do que nunca de formas inovadoras de alargar o acesso à água às pessoas que vivem sem energia, saneamento e redes de transporte.

Recentemente, o laboratório do Forró desenvolveu exatamente essa solução. Eles criaram um purificador de água, descrito na revista Clean Water, parceira da Nature, que é alimentado por um recurso ao qual quase todas as pessoas mais vulneráveis ​​do mundo têm acesso: o sol.

O principal componente do sistema do Forró é o dióxido de titânio. O dióxido de titânio é um material facilmente disponível, conhecido pelas suas propriedades de dispersão de luz. Em uma forma, é um pigmento que confere a algumas tintas e cremes dentais sua cor distinta “branco titânio”. Também serve como ingrediente ativo em filtros solares, absorvendo a luz antes que ela chegue à pele.

O dióxido de titânio também pode reagir à luz de outra maneira: produzindo formas altamente reativas de oxigênio chamadas “radicais livres”. Esses radicais livres são capazes de destruir parasitas, bactérias e vírus encontrados na água contaminada.

Forró e seus colegas perceberam que, se conseguissem produzir uma quantidade grande o suficiente de dióxido de titânio na forma de nanofios, poderiam encontrar uma maneira de usá-lo para purificar a água. Os nanofios tinham cerca de 10 nanômetros de largura, cerca de um 6.000º da largura de um fio de cabelo humano. O problema era que a maioria dos laboratórios só conseguia criar alguns gramas de nanofios por vez. Porém, Forró e Endre Horváth, um químico, foram os pioneiros em um novo processo que gerou nanofios de dióxido de titânio em grande quantidade. O novo processo teve um benefício importante. Poderia render um quilograma (mais de duas libras) de nanofios por vez.

Com maiores quantidades de nanofios de dióxido de titânio à disposição, Forró e seus colegas conseguiram formar novos materiais compósitos. Eles misturaram os nanofios com nanotubos de carbono em suspensão para formar uma espécie de malha. Eles drenaram a malha e a afinaram com uma lâmina até ficar mais fina que uma folha de papel de copiadora. Em seguida, aqueceram o material até que seus componentes se fundissem para formar uma membrana que pudesse usar como filtro.

Para construir um sistema de purificação, a equipe de Forró colocou o filtro entre vidraças e criou uma entrada na parte superior de uma extremidade e uma saída na parte inferior da extremidade oposta. Eles especularam que a água que flui para dentro do dispositivo seria purificada por três processos distintos executados em paralelo. Uma delas é a filtragem mecânica. O material do filtro bloquearia a passagem de partículas maiores pelo papel. Ao mesmo tempo, a luz solar interagiria com o dióxido de titânio para produzir radicais livres e destruir quaisquer micróbios presentes na água. Simultaneamente, a luz solar aqueceria o papel de filtro e a água circundante, pasteurizando-a e garantindo ainda mais a destruição de quaisquer microorganismos nocivos. Então a água purificada poderia sair do aparelho pronta para consumo.

Com o protótipo totalmente montado, Forró e seus colegas puderam submetê-lo a uma série de testes. Um teste envolveu água de um rio próximo. Eles testaram a água em busca de E. coli antes e depois da filtração e descobriram que o dispositivo era capaz de erradicar completamente qualquer E. coli da água. Eles também testaram o dispositivo em água misturada com um “coquetel” de nove poluentes diferentes. Isso incluía resíduos de medicamentos, pesticidas, produtos de manutenção, hormônios e cosméticos. Eles descobriram que o processo de higienização em três partes do filtro removeu da água porções significativas até mesmo dessas moléculas poluentes.