Gli scienziati dell'Istituto di ingegneria di processo (IPE) dell'Accademia cinese delle scienze di Pechino e dell'Università di Yangzhou (YZU) di Jiangsu hanno sviluppato una tecnica efficace ed efficiente dal punto di vista energetico per purificare l'acqua utilizzando fogli di nitruro di carbonio grafitico.

Il loro prototipo, presentato il 7 febbraio sulla rivista chimica , acqua purificata ricca di agenti patogeni in 30 min, uccidendo oltre il 99,9999% dei batteri, come E. coli , soddisfare i requisiti della Cina per l'acqua potabile pulita. A differenza dei disinfettanti fotocatalitici a base di metalli, ha raggiunto questo standard senza lasciare inquinamento secondario o residui di ioni di metalli pesanti, offrendo una promettente alternativa alle tecnologie meno eco-compatibili.

"La futura applicazione della tecnologia di disinfezione fotocatalitica può alleviare significativamente la scarsità di acqua pulita e la carenza di energia globale, "dice Dan Wang, un professore presso l'Institute of Process Engineering e un autore senior della carta.

A differenza dei tradizionali processi di purificazione dell'acqua che utilizzano la luce ultravioletta, clorazione, o disinfezione con ozono, i metodi fotocatalitici offrono un trattamento dell'acqua sicuro per l'ambiente, purché utilizzino il catalizzatore giusto. Ma sfortunatamente, questi catalizzatori più ecologici tendono ad essere meno efficienti delle varietà a base di metalli. Catalizzatori a base di carbonio ampiamente studiati, come i nanotubi di carbonio e l'ossido di grafene, non sono abbastanza efficaci per scopi pratici di trattamento dell'acqua perché non riescono a produrre abbastanza ossigeno reattivo per sconfiggere gli agenti patogeni.

Il team di IPE e YZU riesce a bypassare questi difetti con un design catalitico unico. Utilizzano nanofogli di nitruro di carbonio grafitico, un materiale bidimensionale ultrasottile con le giuste proprietà elettroniche per assorbire la luce e generare ossigeno reattivo. Questa configurazione ha contribuito a facilitare la reazione generando molto perossido di idrogeno, che uccide efficacemente i batteri ossidando le loro pareti cellulari e devastando le loro strutture chimiche.

In definitiva, Wang ritiene che questi risultati, così come la semplicità del design e dei materiali economici, significa che la tecnologia dovrebbe essere relativamente facile da sviluppare su scala più ampia. "Lo scale-up sia per i catalizzatori che per il dispositivo non è difficile, " dice. "La costruzione di questo materiale è completamente priva di metalli, e uno dei componenti chiave, il sacchetto di plastica, è commercializzato, che lo rende facile da ottenere."

Il team intende affinare la tecnica prima che sia pronta per l'uso commerciale. Come i prossimi passi, hanno in programma di migliorare l'efficienza espandendo il limite della capacità del materiale di assorbire fotoni, sviluppare fibre antibatteriche, e perfezionare il processo di preparazione del nanofoglio.

Però, riconosce che questo sistema di uccisione dei batteri non è destinato a purificare l'acqua da solo. "La purificazione ha bisogno di altri dispositivi per rimuovere gli ioni di metalli pesanti, regolazione del pH, e rimuovendo i residui, " dice. "Dobbiamo combinare il nostro sistema con altri per soddisfare i requisiti di purificazione dell'acqua".