El agua es esencial para la vida, pero casi Más de 2.1 mil millones La gente advirtió que la gente, más del 28, porcentaje de la población mundial, no tiene acceso a agua potable.

Solo esta crisis causa más muertes por año que la violencia o la guerra, y es tan drástica que cada minuto que un niño muere de enfermedades relacionadas con el agua, resulta en una necesidad urgente de acción.

Afortunadamente, los ingenieros biomédicos y los ingenieros químicos de la Universidad Carnegie Mellon (CMU) tienen una solución.

Su método radica en las propiedades de una semilla.

Usan arena y materiales vegetales que se encuentran fácilmente disponibles en muchas naciones en desarrollo, una idea concebida por Stephanie Velegol, una ex estudiante de doctorado de la CMU y ahora profesora de ingeniería química en la Universidad Estatal de Pensilvania, a la que llamó "f-arena"- para desarrollar un medio de filtración de agua barato y efectivo.

La investigación está disponible en la revista ACS Langmuir.

¿Qué es "f-arena"?

F-arena utiliza proteínas de semilla de la planta Moringa oleifera, un árbol nativo de la India que puede crecer bien en climas tropicales y subtropicales. Típicamente, el árbol se cultiva por sus alimentos y aceites comercialmente valiosos, y las semillas se han usado para un tipo de proceso de purificación de agua de baja ley.

Sin embargo, esta purificación rudimentaria deja altas cantidades de carbono orgánico disuelto de las semillas, lo que puede permitir que las bacterias vuelvan a crecer en tan poco como 24 horas, dejando un marco de tiempo drásticamente corto en el que el agua es potable.

Para evitar este problema, Velego tuvo la idea de combinar este método con las técnicas de filtración de arena comunes en áreas en desarrollo.

Esto se debe a que f-arena se basa completamente en la idea de que las cargas eléctricas opuestas se atraen, explicó Bob Tilton, el Profesor de Ingeniería Química e Ingeniería Biomédica de Chevron en CMU.

"La arena está mayormente cargada negativamente. Las proteínas de las semillas de Moringa oleifera están cargadas positivamente, y la mayoría de los contaminantes suspendidos (arcilla suspendida u otras partículas minerales, bacterias, material orgánico en descomposición que se encuentra naturalmente en el ambiente) que deben eliminarse del agua para hacerlo potable tienen carga negativa. " él dijo.

Cómo funciona

Para preparar f-arena, explicó Tilton, las proteínas solubles en agua se extraen primero de las semillas triturándolas y remojándolas en agua. La solución resultante se vierte en una mezcla muy espesa y húmeda de arena y agua llamada suspensión.

En este momento, la carga de arena negativa atrae a la carga proteica positiva, lo que hace que las proteínas se peguen a la arena y, posteriormente, crean "arena f". El exceso de agua puede drenarse y la arena puede verterse. en una columna.

La columna puede estar hecha de materiales, como una tubería de PVC con malla en la parte inferior, o incluso una pieza de bambú, dijo Tilton.

Luego, para usar la arena f, uno simplemente vertería agua a través de la columna y los contaminantes con carga negativa se adherirían a las proteínas cargadas positivamente en los granos de arena, creando un sistema de filtración simple e ingenioso.

"La idea de Stephanie era que si pudieras limitar las proteínas que aglomeran los contaminantes a la arena (conociendo la carga de arena y las proteínas) y luego enjuagar la arena, podrías disminuir drásticamente los compuestos orgánicos residuales para prevenir el recrecimiento microbiano". dijo Tilton.

Investigando los ácidos grasos

Aunque se comprobó que el proceso básico era efectivo, los investigadores aún tenían muchas preguntas sobre la creación y el uso de f-sand, preguntas que Tilton y Todd Przybycien, un profesor de ingeniería química en CMU, trató de responder.

Por un lado, los ingenieros querían saber si los ácidos grasos y los aceites, los aspectos comercialmente valiosos de Moringa oleifera, jugaron un papel en el proceso de absorción de proteínas.

En general, descubrieron que la eliminación de los ácidos grasos tenía poco efecto sobre la absorción de proteínas, lo que significa que las personas de la región pueden eliminar y vender los valiosos aceites mientras aún pueden extraer las proteínas para la filtración de agua.

Niveles de concentración

Además, los investigadores querían entender cuál era la concentración necesaria de proteínas de la semilla para crear un producto eficaz.

En otras palabras, los investigadores necesitaban asegurarse de que había suficientes proteínas con carga positiva para superar la carga negativa de las partículas de arena, a fin de crear una carga neta positiva.

Esto es crucial para que f-sand funcione.

El equipo utilizó una técnica llamada "medición del potencial de transmisión" para determinar cómo la carga en la arena dependía de la cantidad de proteína en la superficie.

En total, los investigadores encontraron que solo se necesitaban concentraciones muy pequeñas para cambiar la carga de negativa a positiva, lo que permitirá a las personas conservar los materiales vegetales.

Además, midieron una variedad de contenidos de agua para determinar si la técnica de filtración podía mostrar un alto grado de flexibilidad.

"La cantidad de proteína que se adsorbe a una superficie está directamente controlada por la concentración de proteína en el agua 'a granel' que baña la superficie. Medimos la relación entre la cantidad adsorbida y la concentración de agua a granel, para diferentes composiciones de agua que representan agua blanda, moderadamente dura y dura para intentar capturar la gran variación en el contenido de agua natural ", dijo Tilton.

Tilton y Przybycien descubrieron que las proteínas podían absorber bien en la arena en condiciones de agua blanda y dura, lo que ilustra el potencial de que el proceso de filtración se utilice en una amplia gama de regiones.

El siguiente paso

Hasta el momento, la investigación ha sido probada por Velegol en Ruanda, y el equipo de Tilton está actualmente realizando pruebas para determinar las concentraciones de proteínas más bajas que funcionarían con arena f, así como los límites del rendimiento de f-arena.

"Actualmente estamos probando cómo pequeñas alteraciones en la cobertura de arena por proteína alteran el rendimiento de las columnas de arena f para aclarar el agua turbia del modelo, para ver realmente cuán robusto es el proceso si las personas operaran a las concentraciones de proteínas más bajas", dijo Tilton . "También estamos probando para encontrar los límites del rendimiento de f-arena, por ejemplo, para ver si la presencia de altas concentraciones de materia orgánica en el agua de origen podría abrumar a la arena f e impedir su capacidad de eliminar los sólidos en suspensión".

Aunque no han hecho un análisis económico, los investigadores creen que la abundancia de Moringa hará que f-sand sea bastante asequible.

"Moringa crece bien en regiones tropicales con suelo arenoso. Entonces, donde sea que sea probable que crezca el árbol, también habrá suficiente arena disponible (y la arena puede reutilizarse lavándola con una solución salina) ", dijo Tilton. "Moringa es también un árbol de crecimiento muy rápido. Lo bueno del hecho de que las concentraciones muy bajas de proteína son suficientes para cambiar la carga de arena de negativa a positiva es que, en principio, puede hacer que el recurso semilla vaya más allá ".

Además, explicó Tilton, f-sand será fácilmente adaptado por los usuarios locales, ya que la técnica requiere pocas herramientas y un trabajo bastante simple.

"Los sistemas podrían configurarse para funcionar a un nivel muy localizado, probablemente incluso a nivel de cada hogar", dijo.

La investigación pone esta nueva tecnología un paso más cerca del campo, como una técnica de costo relativamente bajo que podría llevar agua limpia a las comunidades de todo el mundo.