L’accesso all’acqua pulita è messo a dura prova dall’aumento della popolazione umana e dalla contaminazione delle fonti di acqua dolce. I dispositivi attualmente in fase di sviluppo che depurano l’acqua sporca utilizzando la luce del sole possono produrre solo pochi galloni di acqua al giorno. Ora, però, i ricercatori di ACS Central Science riportano come le spugne di luffa abbiano ispirato un idrogel poroso alimentato dalla luce solare che potrebbe potenzialmente purificare abbastanza acqua da soddisfare il fabbisogno giornaliero di una persona, anche quando è nuvoloso.
In passato, i ricercatori avevano suggerito che l’evaporazione guidata dalla luce solare potesse essere un modo a basso consumo energetico per purificare l’acqua, ma questo approccio non funziona bene quando è il tempo è nuvoloso. Una soluzione potrebbe essere rappresentata dagli idrogel termoreattivi, in particolare la poli(N-isopropilacrilammide) (PNIPAm), che passano dall’assorbire l’acqua a temperature più basse a respingerla quando questa viene riscaldata. Tuttavia, i gel PNIPAm convenzionali non sono in grado di generare acqua pulita abbastanza velocemente da soddisfare le esigenze quotidiane delle persone a causa dei loro pori chiusi.
Credit: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscentsci.2c01245
Al contrario, le luffe naturali, che molte persone usano come esfolianti sotto la doccia, hanno pori ampi, aperti e interconnessi. Rodney Priestley, Xiaohui Xu e colleghi hanno quindi voluto replicare la struttura della luffa in un idrogel a base di PNIPAm, ottenendo un materiale in grado di assorbire rapidamente l’acqua a temperatura ambiente e di rilasciare rapidamente acqua purificata quando viene riscaldato dai raggi solari in condizioni di luminosità o nuvolosità.
I ricercatori hanno utilizzato una miscela di acqua e di etilenglicole come mezzo di polimerizzazione unico per produrre un idrogel di PNIPAm con una struttura a pori aperti, simile a quella di una spugna naturale. Quindi hanno rivestito i pori interni dell’idrogel opaco con polidopamina (PDA) e poli(sulfobetaina metacrilato) (PSMBA) e hanno testato questo materiale utilizzando una luce artificiale con potenza equivalente a quella del sole. Il materiale ha assorbito l’acqua a temperatura ambiente e, quando è stato riscaldato dalla luce artificiale, ha rilasciato il 70% dell’acqua immagazzinata in 10 minuti – un tasso quattro volte superiore a quello precedentemente riportato per un gel assorbente comune. I ricercatori affermano che, a questo ritmo, il materiale ha il potenziale per soddisfare il fabbisogno giornaliero di una persona. Inoltre, in condizioni di scarsa luminosità, riproducendo un cielo parzialmente nuvoloso, il materiale ha impiegato dai 15 ai 20 minuti per rilasciare una quantità simile di acqua immagazzinata.
Infine, il nuovo materiale simile alla luffa è stato testato su campioni inquinati da coloranti organici, metalli pesanti, petrolio e microplastiche. In tutti i test, il gel ha reso l’acqua sostanzialmente più pulita. Ad esempio, in due cicli di trattamento, campioni di acqua con circa 40 parti per milione (ppm) di cromo sono stati assorbiti e poi rilasciati con meno di 0,07 ppm di cromo – il limite consentito per l’acqua potabile. I ricercatori affermano che la struttura a base di idrogel unico che hanno creato potrebbe essere utile in altre applicazioni, come la somministrazione di farmaci, i sensori intelligenti e la separazione chimica.
