El avance del polímero podría revolucionar la purificación del agua

Todos hemos visto los ambientadores Febreze, que emplean un derivado del almidón de maíz para atrapar contaminantes invisibles del aire en el hogar y eliminar olores no deseados.

Un equipo de investigadores de Cornell ha utilizado el mismo material que se encuentra en Febreze, la ciclodextrina, para desarrollar una técnica que podría revolucionar la industria de la purificación del agua.

El equipo está dirigido por Will Dichtel, profesor asociado de química y biología química y ganador de la beca de la Fundación MacArthur en 2015. Su grupo inventó una forma porosa de ciclodextrina que ha mostrado una absorción de contaminantes mediante adsorción a velocidades muy superiores a las del carbón activado tradicional (200 veces mayores en algunos casos).

Los carbones activados tienen la ventaja de una mayor superficie que los polímeros anteriores fabricados a partir de ciclodextrina – “más sitios donde se pueden adherir los contaminantes”, dijo Dichtel – pero no se unen a los contaminantes con tanta fuerza como la ciclodextrina.

“Lo que hicimos fue fabricar el primer material de alta superficie hecho de ciclodextrina”, dijo Dichtel, “combinando algunas de las ventajas del carbón activado con las ventajas inherentes de la ciclodextrina. Cuando combinas las mejores características de esos dos materiales, obtienes un material que es incluso mejor que cualquiera de sus clases.

"Estos materiales eliminarán los contaminantes en segundos, a medida que el agua fluye", dijo, "por lo que existe la posibilidad de una purificación del agua de flujo continuo con muy baja energía, lo cual es un gran problema".

Es más, el polímero que contiene ciclodextrina presenta una regeneración más fácil y económica, por lo que puede reutilizarse muchas veces sin que se observe pérdida de rendimiento.

Los resultados de aproximadamente 18 meses de trabajo se publican en línea en Nature el 21 de diciembre.

El apoyo al trabajo provino de la Fundación Nacional de Ciencias a través del Centro de Polímeros Sostenibles, que reúne a un equipo diverso de investigadores de Cornell, la Universidad de Minnesota y la Universidad de California, Berkeley, para descubrir materiales de alto rendimiento a partir de materiales sostenibles, no -fuentes basadas en petróleo.

Tras el descubrimiento del polímero de ciclodextrina, el Centro Atkinson para un Futuro Sostenible de Cornell ha proporcionado apoyo adicional para ampliar y construir prototipos de sistemas de filtración.

La investigación comenzó poco después de que se concediera la subvención de la NSF. No pasó mucho tiempo antes de que el equipo de Dichtel identificara que el polímero de ciclodextrina era prometedor en la purificación del agua. Después de pasar unos meses más analizando el material, Dichtel contactó a Damian Helbling, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental. Las áreas de estudio de Helbling incluyen la calidad del agua en su relación con la salud humana y de los ecosistemas.

"Mi función en esa etapa inicial, en enero o febrero pasado, era la de consultor", dijo Helbling, coautor del artículo. “Dijeron: 'Tenemos este polímero que puede hacer esto; ¿Cuáles son los problemas de calidad del agua a los que esto podría aplicarse?'”

Helbling señaló que su grupo desafió el polímero de una manera que el grupo de Dichtel no lo había hecho, para ver si adsorbería varias mezclas de contaminantes en concentraciones más bajas relevantes para la purificación del agua en el mundo real.

“[Nuestra contribución fue] demostrar que incluso en condiciones ambientalmente relevantes, los fenómenos que estaban observando eran repetibles. Y lo fueron”, dijo Helbling.

La reciclabilidad es otra ventaja del polímero de ciclodextrina, afirmó Dichtel. Mientras que los filtros de carbón activado deben someterse a un intenso tratamiento térmico para su regeneración, los filtros de ciclodextrina se pueden lavar a temperatura ambiente con metanol o etanol. Y no se observó una caída en el rendimiento después de la regeneración, afirmó Dichtel.

Dichtel, cuyo “Premio Genius” de la Fundación MacArthur ascenderá a un total de 625.000 dólares en cinco años, dijo que parte de ese premio se destinará a nuevas investigaciones sobre la purificación del agua con ciclodextrina, lo que en última instancia sentará las bases para un producto que pueda fabricarse a gran escala.

"Tradicionalmente, esa brecha entre el descubrimiento en el laboratorio y la aparición de algo en el mundo que pueda ayudar a las personas es difícil de salvar", dijo. "Así que contar con un apoyo totalmente ilimitado, que pueda utilizarse de manera pragmática en ese espacio, es realmente valioso".

Dichtel está entusiasmado con el potencial que muestran los resultados de su grupo en el sector de la purificación de agua.

"Hay muchas cosas a su favor", dijo. "Aún quedan algunas incógnitas, pero todo parece bastante prometedor".

Otros coautores del artículo, “Eliminación instantánea de microcontaminantes orgánicos del agua mediante un polímero poroso de beta-ciclodextrina”, son los académicos postdoctorales Alaaeddin Alsbaiee y Brian Smith y los estudiantes de posgrado Leilei Xiao en química y biología química y Yuhan Ling en ciencias civiles y ambientales. ingeniería.

La investigación utilizó las instalaciones para usuarios del Centro de Investigación de Materiales de Cornell, que cuentan con el apoyo de la NSF. El grupo de Dichtel ha presentado una solicitud de patente provisional relacionada con los polímeros de ciclodextrina descritos en el artículo de Nature.

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