Nuevo uso del grafeno: eliminar la contaminación por uranio del agua

El maravilloso material del siglo XXI, el grafeno, no para de sorprendernos. Ahora, un equipo de científicos del MIT ha creado un filtro reutilizable de espuma de óxido de grafeno que actúa como un imán para el uranio, extrayendo de manera efectiva los elementos radiactivos del agua potable, lo que lo convierte en un logro aún más fantástico, ya que miles de millones de personas en todo el mundo no tienen acceso a agua potable, y UNICEF estima que desde 2019, este problema potencialmente mortal afecta a 1 de cada 3 personas en el planeta.

Podrían utilizarse para eliminar, además del uranio, otros metales pesados como el plomo y el cadmio

El uranio puede filtrarse en los suministros de agua de los depósitos de rocas naturales, operaciones mineras o a través de los desechos de las plantas de energía nuclear y, una vez allí, es invisible a simple vista. Sabemos que no requiere dosis muy altas para comenzar a dañar la salud humana (los problemas derivados de la ingestión de uranio pueden variar desde daño renal hasta riesgo de cáncer dependiendo de qué tan soluble sea el uranio consumido y su concentración).

Espuma de grafeno

El nuevo filtro funciona como si fuera un imán para el uranio, por lo que podría aplicarse en aguas contaminadas y limpiarlas para convertirlas, en apenas unas horas, en agua totalmente potable (el uranio se precipita como un cristal sólido condensado). Y lo que es mejor, el filtro de óxido de grafeno podría eliminarse limpiamente y reutilizarse muchas veces sin perder su eficacia. Durante varios años.

"En cuestión de horas, nuestro proceso puede purificar una gran cantidad de agua potable por debajo del límite de uranio de la EPA", dijo Ju Li, profesor de ciencia e ingeniería nuclear de Battelle Energy Alliance, del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y uno de los coautores del estudio, en un comunicado de prensa.

Investigaciones anteriores han demostrado que la fibra de carbono cargada eléctricamente podría filtrar el uranio del agua; sin embargo, los resultados de esas pruebas fueron parciales e imprecisos. De hecho, proyectos desarrollados en el pasado para la eliminación de metales pesados como el uranio, el arsénico, el plomo, el mercurio o el radio del agua potable, sufrieron varios inconvenientes que limitan su uso. Sin embargo, la espuma de grafeno utilizada para las baterías de litio y azufre presenta un rendimiento único porque tiene la capacidad de atraer ciertas sustancias químicas a su superficie.

Depurando aguas contaminadas

"Cada vez que la usamos, nuestra espuma puede capturar cuatro veces su propio peso de uranio y lograr una capacidad de extracción de 4.000 mg por gramo, lo que es una mejora significativa con respecto a otros métodos", aclara el experto. "La espuma ha logrado grandes avances en la reutilización, ya que puede pasar por siete ciclos sin perder la eficiencia de extracción".

El equipo del MIT descubrió que cuando pasaban una carga eléctrica a través de la espuma de grafeno, el agua se dividía y se liberaba hidrógeno con el efecto dominó de aumentar los niveles de pH locales. Esto impulsa una sustancia química que extrae los iones de uranio de una solución y hace que se injerte en la superficie de la espuma. El resultado neto de este proceso es la creación de hidróxido de uranio cristalino, un mineral que nunca antes se había visto, que cuelga de la espuma en una disposición que recuerda a las escamas de pescado. La espuma arroja el uranio cuando se invierte la carga eléctrica.

¿Funciona en el mar?

La espuma de grafeno también funciona en el agua de mar, donde reduce las concentraciones de uranio de 3 partes por millón a 19,9 ppb, lo que demuestra que otros iones de la salmuera no interfieren con la filtración. Dados estos resultados, el equipo cree que su dispositivo podría convertirse en un nuevo tipo de filtro de agua doméstico, adaptándolo a los grifos caseros como los de marcas comerciales.

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"En el futuro, en lugar de un filtro de agua pasivo, podríamos usar un filtro inteligente alimentado por electricidad limpia que activa la acción electrolítica, que podría extraer múltiples metales tóxicos, indicarle cuándo regenerar el filtro y brindarle garantía de calidad sobre el agua que estás bebiendo", aclara Li.

Según los científicos del MIT este método es, además, de bajo coste, y se puede implementar a lo largo de varias etapas de la infraestructura del agua. Por si esto fuera poco, los filtros podrían modificarse para apuntar a la detección y eliminación de otros contaminantes de metales pesados como el plomo, el mercurio o el cadmio, que provocan efectos tóxicos en la salud.