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Água potável desinfetada em minutos por catalisador natural

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A água potável insegura tem sido associada à transmissão de várias doenças evitáveis, mas mortais, que afetam desproporcionalmente as pessoas que vivem nas regiões mais pobres do mundo. De acordo com a OMS, estima-se que 829.000 pessoas morrem a cada ano de diarreia em consequência da contaminação da água potável, muitas das quais são crianças.
Água potável desinfetada em minutos por catalisador natural
Água potável desinfetada em minutos por catalisador natural 


Com as mudanças climáticas, o crescimento populacional e a crescente escassez de água, é necessário encontrar estratégias de desinfecção de água acessíveis e eficazes para melhorar a saúde e a qualidade de vida.

Peter Sherrell da Universidade de Melbourne e Andris Šutka da Universidade Técnica de Riga estão buscando uma alternativa à abordagem convencional à base de cloro. “A desinfecção à base de cloro é altamente eficaz, mas pode promover a troca de genes entre bactérias, levando ao aumento de mutações”, explicou Sherrell à Advanced Science News . Isso arrisca o desenvolvimento de bactérias resistentes a antibióticos na água, o que representa uma ameaça adicional e grave para a saúde pública.

Em um estudo recente publicado na Advanced Sustainable Systems , Sherrell, Šutka e suas equipes propõem uma alternativa chamada brownmillerite. Este é um mineral óxido raro com a fórmula química Ca 2 Fe 2 O 5 . É encontrado naturalmente em depósitos minerais ou pode ser sintetizado de forma barata em grandes volumes e possui propriedades catalíticas intrigantes. No entanto, até agora, suas propriedades antimicrobianas não foram estudadas.

“Os catalisadores de brownmillerite fornecem uma alternativa prática para a desinfecção à base de cloro”, disse Sherrell. “[É] abundante, barato e seguro de usar, permitindo que seja usado em regiões mais pobres. Uma vez que é muito estável no ar, pode ser facilmente transportado para locais remotos como um pó e adicionado à água quando necessário ”.

Os cientistas sintetizaram nanopartículas de brownmillerita e demonstraram sua alta atividade antibacteriana. “Em uma amostra real de lodo de esgoto, o número de bactérias na amostra diminuiu de mais de 5.000 para apenas 20 em apenas 30 minutos”, disse Sherrell. “Em testes de laboratório de referência, apenas uma bactéria em cada 1 milhão sobreviveu nos mesmos 30 minutos. Além da eficiência, este catalisador é biocompatível e não contém nenhum componente tóxico para a flora ou fauna - apenas cálcio, ferro e oxigênio! ”

“[É] importante notar que a liberação radical de nanomateriais de óxido de metal não é nada excepcional”, acrescentou Šutka. “O mesmo foi observado no caso do ZnO [catalisadores]. No entanto, em nosso caso, a atividade é muito maior e a morte de bactérias ocorre mais rapidamente. ”

As nanopartículas de brownmillerite geram radicais de oxigênio altamente reativos na presença de água, que matam as bactérias. “Esses produtos de oxidação avançada [os radicais reativos de oxigênio] quebram as bactérias com uma eficiência surpreendente”, disse Šutka. “O que nosso catalisador se destaca é que ele cria um grande número desses produtos de oxidação avançada muito rapidamente, razão pela qual as bactérias morrem tão rapidamente”.

Esta abordagem usando uma nanopó que produz espécies reativas de oxigênio para matar bactérias não é nova. No entanto, a forma como o catalisador torna esses produtos de oxidação avançada é inesperada, diz Sherrell. Quando colocado na água, o catalisador muda de um pó poroso para uma lâmina 2D afiada - uma transformação estrutural que normalmente não é observada e não foi prevista.

As nanopartículas foram testadas em “lodo de esgoto altamente turvo” e foram encontradas para diminuir drasticamente as concentrações bacterianas sem a necessidade de fontes de ativação, como luz ultravioleta ou aditivos de peróxido. Simplesmente misturando a brownmillerite em uma amostra de água, mesmo no escuro, as bactérias foram mortas e erradicadas. Isso, escrevem os pesquisadores, aborda diretamente a Meta de Desenvolvimento Sustentável das Nações Unidas para água potável e saneamento.

“No momento, nossos testes foram em brownmillerita sintetizada em laboratório. No entanto, é abundante na [natureza] ”, disse Sherrell. Brownmellerita sintética pode ser obtida a partir do processamento de matérias-primas como nitratos metálicos, ácido cítrico, amônia ou mesmo ferrugem. No entanto, esses produtos liberam CO 2 e NO x e geralmente requerem temperaturas superiores a 1000 ° C.

A equipe diz que mais estudos são necessários para explorar meios menos intensivos em carbono de produção do catalisador antimicrobiano, bem como para testar como a brownmillerita natural se comporta nessas amostras. “Se for bem-sucedido, o catalisador já existe em escala e pode ser simplesmente transformado em um pó fino para uso comercial em grande escala”, concluiu Sherrell.

Referência: Mārtiņš Vanags, et al., Rapid Catalytic Water Disinfection from Earth Abundant Ca 2 Fe 2 O 5 Brownmillerite , Advanced Sustainable Systems (2021). DOI: 10.1002 / adsu.202100130

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