Uso del grafeno para la purificación y/o desalinización del agua

Uso del grafeno para la purificación

y/o desalinización del agua


Los materiales grafénicos, es decir, el Grafeno, Óxido de Grafeno (GO) y Óxido de Grafeno reducido (rGO), son nanoestructuras de carbono que, gracias a su tamaño, área y química superficial permiten diseñar nuevos materiales tridimensionales y multifuncionales con altas probabilidades para resolver las problemáticas asociadas a la escasez de agua.


Por ejemplo, son potenciales agentes coagulantes/ floculantes, esto se debe a que cuentan con una extensa área superficial a lo largo de la cual existen múltiples puntos de anclaje capaces de captar una gran cantidad de materia orgánica e inorgánica, es decir, altamente útiles para la captación de contaminantes.

Principales estrategias del uso de materiales grafénicos para la captación de contaminantes. Tomado de Environ. Sci. Technol., 2012, 46, 7717.


También son químicamente inertes y al estar inmovilizados en un sustrato evitan que la materia orgánica se adhiera a las superficies. Esta propiedad al ser implementada en la tecnología de membranas permitiría un flujo de agua casi sin fricción, en otras palabras, el uso de los materiales grafénicos podría lograr que el paso de agua se mantenga constante por más tiempo y por lo tanto provea de una mayor eficiencia energética.


Asimismo, su tamaño nanométrico, la disposición de sus láminas y la presencia de millones de nanocanales entre ellas los hacen altamente impermeables actuando como tamizaje de moléculas o contaminantes.

Transporte de iones y agua a través de los nanocanales de grafeno.
Tomado de J. Phys. Chem. C 2020, 124, 31, 17320.


Finalmente, las importantes propiedades antimicrobianas y fotocatalíticas del grafeno y sus derivados además de reducir la carga microbiana mediante el aprovechamiento de la luz solar, también ayudarían a disminuir los requerimientos de agentes biocidas.

Representación esquemática del grafeno en estructuras 3D para purificación de agua.
Tomado de Gels 2022, 8, 622.


La identificación, comprensión y aprovechamiento de las propiedades del grafeno para el desarrollo de productos reales no ha sido una tarea sencilla. Sin en embargo, el pasado 3 de noviembre de 2022 el Graphene flagship, el proyecto multidisciplinario en el cual hace casi 10 años la Comisión Europea invirtió 1,000 millones de euros para la investigación del Grafeno, anunció los resultados del Proyecto Graphilque consistió en el desarrollo de un nuevo filtro de polisulfona con Óxido de grafeno que actúa como una red mecánica más eficiente para atrapar partículas contaminantes como metales pesados, antibióticos, virus, bacterias, toxinas, etc., permitiendo a su vez el paso de agua limpia y segura.


Por su parte, Energeia- Graphenemex® la empresa mexicana pionera en América Latina en la investigación y desarrollo de aplicaciones con materiales grafénicos, en colaboración con otras compañías y centros de investigación, se suma a esta búsqueda de estrategias para mejorar la disponibilidad y calidad del agua mediante el uso del grafeno, esperando en el corto plazo tener todos estos beneficios disponibles para la sociedad.


Referencias:

  1. Yu Z, Wei L, Lu L, Shen Y, Zhang Y, Wang J, Tan X. Structural Manipulation of 3D Graphene-Based Macrostructures for Water Purification. Gels. 2022, 29; 8(10):622.
  2. Alessandro Kovtun, Antonio Bianchi, Massimo Zambianchi, Cristian Bettini, Franco Corticelli Giampiero Ruani, Letizia Bocchi,Francesco Stante,Massimo Gazzano, Tainah Dorina Marforio, Matteo Calvaresi, Matteo Minelli,Maria Luisa Navacchia, Vincenzo Palermo and Manuela Melucci. Core–shell graphene oxide– polymer hollow fibers as water filters with enhanced performance and selectivity. Faraday Discuss., 2021, 227, 274.
  3. Sebastiano Mantovani,Sara Khaliha, Laura Favaretto, Cristian Bettini,Antonio Bianchi, Alessandro Kovtun, Massimo Zambianchi, Massimo Gazzano,  Barbara Casentini, Vincenzo Palermo and Manuela Melucci. Scalable synthesis and purification of functionalized graphene nanosheets for water remediation. Chem. Commun., 2021, 57, 3765
  4. Sara Khaliha, Tainah D. Marforio, Alessandro Kovtun, Sebastiano Mantovani, Antonio Bianchi, Maria Luisa Navacchia, Massimo Zambianchi, Letizia Bocchi. Nicoals Boulanger. Artem Iakunkov, Matteo Calvaresi, Alexandr V. Talyzin, Vincenzo Palermo, Manuela Melucci. Defective graphene nanosheets for drinking water purification: Adsorption mechanism, performance, and recovery. FlatChem., 2021, 29 100283.
  5. Yunzhen Zhao, Decai Huang, Jiaye Su, and Shiwu Gao. Coupled Transport of Water and Ions through Graphene Nanochannels. J. Phys. Chem. C 2020, 124, 31, 17320
  6. F. Guo, G. Silverberg, S. Bowers, S.-P. Kim, D. Datta, V. Shenoy and R. H. Hurt, Environmental Applications of Graphene-Based Nanomaterials. Environ. Sci. Technol., 2012, 46, 7717
  7. https://graphene-flagship.eu/graphene/news/graphene-applications-graphil/