Desarrollan una membrana para purificar agua hecha con bacterias que mata bacterias

Más de una de cada diez personas en el mundo carecen del acceso más básico al agua potable, y para 2025 más de la mitad de la población mundial vivirá en zonas con problemas de abastecimiento. El agua es uno de los retos mayúsculos de la sociedad del futuro.

Ingenieros de Washington University en St. Louis han diseñado una nueva tecnología de membrana que purifica el agua mientras previene las incrustaciones o la acumulación de bacterias o microorganismos dañinos que reduzcan el flujo del agua. Y han utilizado bacterias para construir estas membranas filtrantes.

Srikanth Singamaneni, profesor de ingeniería mecánica y ciencia de materiales, junto a Young-Shin Jun, profesor de energía e ingeniería química y ambiental, junto con sus equipos, han unido fuerzas para desarrollar una membrana ultrafiltrante utilizando óxido de grafeno y nanocelulosa bacteriana, que es altamente eficiente, de larga duración y respetuosa con el medioambiente. Si su técnica se llevase a escala industrial, podría beneficiar a muchos países, donde el agua potable es escasa.

Los resultados de su trabajo han sido publicados en la revista Environmental Science & Technology.

La nueva membrana de Singamaneni y Jun comienza con la alimentación de la bacteria Gluconacetobacter hansenii con una sustancia azucarada, para que forme nanofibras de celulosa cuando está sumergida en agua. El equipo incorporó escamas de óxido de grafeno (GO) en la nanocelulosa bacteriana mientras crecía, lo que esencialmente llevó a que esta atrapara el óxido de grafeno en la membrana, para hacerla más estable y durable.

Después de incorporar el óxido de grafeno, la membrana es tratada con una solución base para matar a Gluconacetobacter hansenii. Durante este proceso, los grupos de oxígeno del óxido de grafeno son eliminados, lo que reduce el óxido. Cuando se expone la membrana a la luz solar, las escamas de óxido de grafeno reducido generan inmediatamente calor, que es disipado al agua circundante y la nanocelulosa bacteriana.

Irónicamente, la membrana creada a partir de bacterias puede también matarlas.

«Si deseas purificar el agua con microorganismos en ella, el óxido de grafeno reducido en la membrana puede absorber la luz solar, calentar la membrana y matar a las bacterias”, comenta Singamaneni.

Singamaneni, Jun y su equipo expusieron su membrana a la bacteria E. coli, y luego a la luz solar. Tras ser irradiada con luz durante 3 minutos, la bacteria E. coli pereció. El equipo determinó que la membrana se calentó rápidamente por encima de los 70ºC requeridos para deteriorar las paredes celulares de esta peligrosa bacteria.

Mientras acaba con las bacterias, los investigadores tienen una membrana limpia con fibras de nanocelulosa de alta calidad, que es capaz de filtrar el agua dos veces más rápido que las membranas ultrafiltrantes más rápidas disponibles hoy día a alta presión.

Cuando se realizó el mismo experimento en una membrana hecha de nanocelulosa bacteriana sin el óxido de grafeno reducido, la bacteria E. coli sobrevivió.

«Ésto es como imprimir en 3D con microorganismos”, afirma Jun. «Podemos añadir lo que queramos a la nanocelulosa bacteriana durante su crecimiento. La observamos bajo diferentes condiciones de pH, similares a las que puedes encontrar en el medioambiente, y estas membranas son mucho más estables que las preparadas con filtración de vacío o revestimiento por centrifugación de óxido de grafeno”.

Si bien Singamaneni y Jun reconocen que la implementación de este proceso en los sistemas convencionales de ósmosis inversa es un problema, proponen un sistema de módulo en espiral, similar a un rollo de toallas. Podría estar equipado con LED o un tipo de nanogenerador que aproveche la energía mecánica del flujo de fluido para producir luz y calor, lo que se reduciría el coste general del dispositivo.

Fuente: Enviromental Science & Technology.