La membrana CNT/grafeno crea burbujas para eliminar la bioincrustación

La membrana CNT/grafeno crea burbujas para eliminar la bioincrustación


En un artículo reciente en la revista desalinizaciónSe realizaron estudios sobre la eliminación de microorganismos del agua mediante procesos de filtración basados ​​en membranas utilizando compuestos de grafeno/nanotubos de carbono mediante conducción eléctrica para generar burbujas.

La membrana de nanotubos de carbono/grafeno crea burbujas para eliminar la bioincrustación​​​​​​

​​​​​​Estudio: Membrana compuesta de grafeno/nanotubos de carbono eléctricamente conductores para la autolimpieza de bioincrustaciones mediante burbujeo. Crédito: Aytug askin/Shutterstock.com

Biofouling: un promotor de la bioinvasión

La bioincrustación es una acumulación no deseada de algas y microorganismos en conjuntos sumergidos (particularmente en el exterior de los barcos) y es una de las principales causas de la bioinvasión. Los estudios han demostrado que la contaminación biológica es un vector importante para la propagación de organismos acuáticos invasores.

Los barcos que transportan bioincrustaciones pueden introducir especies marinas invasoras en las vías fluviales estatales que dañan a las personas, la vida silvestre, las actividades sociales y económicas y los hábitats de agua dulce.

Papel de las biopelículas en la bioincrustación

La bioincrustación se ve favorecida por la formación de biopelículas. Las biopelículas se forman cuando los microorganismos se adhieren a los materiales. Las células asociadas a biopelículas se pueden distinguir de sus contrapartes floculadas por la producción de una estructura de sustancia polimérica extracelular (EPS), tasas de crecimiento más lentas y regulación genética. La adhesión es un proceso complicado influenciado por el medio de cultivo, el sustrato y la membrana citoplasmática.

Comprender las biopelículas es de suma importancia para el bienestar de la comunidad debido a su participación en algunas enfermedades transmisibles y su importancia en una variedad de contaminaciones relacionadas con dispositivos. Una comprensión detallada de las complejidades de la biopelícula debería conducir a nuevos y mejores procedimientos quirúrgicos de control de la biopelícula, al mismo tiempo que contribuye a una mejor atención al paciente.

Métodos de eliminación de bioinvasión

Las membranas son bloqueos discriminantes que permiten separar componentes con diferentes dimensiones o propiedades físico-químicas. La selección y la porosidad de las membranas utilizadas determinan la eficacia de un proceso de separación.

El rechazo del componente no deseado y la entrada de la molécula deseada determina la selectividad, o la capacidad de separar solutos, contaminantes y partículas de diferentes tamaños o propiedades físico-químicas. El flujo transmembrana se utiliza para medir la permeabilidad de la membrana, que se controla mediante el diámetro de los poros y las características de la superficie.

problemas con estos metodos

La eficacia de los poros de la membrana puede verse afectada por la adsorción y acumulación de contaminantes contenidos en las mezclas de alimentación sobre la matriz porosa. Además, la contaminación en la superficie de la membrana requiere una limpieza física, química y biológica vigorosa y regular, lo que aumenta los costos operativos del proceso de membrana.

Se utilizan numerosos procesos químicos para eliminar las bacterias y eliminar la bioincrustación de las membranas. Por otro lado, existe el problema de los procesos de limpieza química que los microbios generan resistencia y erosionan la superficie de la membrana.

Membranas electrificadas: una posible solución

Recientemente, se demostró que las membranas electrificadas (EM) pueden resolver el ensuciamiento de la membrana al agregar electroactividad como una nueva función de la membrana.

Se espera que los EM aumenten la importancia de la membrana más allá de la simple segregación mediante la explotación de una variedad de procesos como la oxidación y reducción electrolítica, al tiempo que complementan las funcionalidades transmembrana clásicas de segregación de solutos con interacciones hidrofóbicas y confinamiento de carga.

Las sustancias conductoras de electricidad (p. ej., aleaciones metálicas, nanoestructuras a base de carbono y materiales compuestos) se integran perfectamente en la membrana como electrodos penetrantes para eliminar la bioincrustación y se aplica una fuerza electromotriz a través de los electrodos para lograr esta característica.

Una investigación del método de generación de burbujas para eliminar la bioincrustación

En este estudio, se investigó la utilidad de las membranas de nanotubos de carbono (CNT) eléctricamente conductoras. Los investigadores crearon una membrana nanoestructurada a base de grafeno para autolimpiar la bioincrustación mediante la aplicación de un voltaje eléctrico y la creación de una burbuja transmembrana para eliminar los microorganismos de la superficie.

La membrana se hizo combinando CNT y grafeno, lo que también permitió a los investigadores probar la imparcialidad de los microbios de la estructura. La membrana resultante se usó como electrodo para el tratamiento químico in situ utilizando una bioincrustación común (por ejemplo, microbiana). También se examinaron sistemáticamente los efectos de diferentes potenciales y tiempos de autolimpieza en la recuperación del fundente.

Los resultados de este estudio ilustran la eficacia de la extracción y aclaran el objetivo de exclusión de la autolimpieza para la bioincrustación y un enfoque de autolimpieza.

El futuro: ¿qué puedes esperar?

Dado que los microbiólogos clínicos y de salud pública reconocen que las biopelículas microbianas están muy extendidas por naturaleza, se han estudiado una variedad de condiciones clínicas infecciosas desde la perspectiva de las biopelículas. Se están realizando esfuerzos para comprender los procesos de eliminación de dichos microorganismos de una estructura.

referencia

Lee, JH, Yun, E-T, Ham, S-Y, Kim, H-S, Sun, P-F y Park, H-D. (2022). Membrana compuesta de nanotubos de carbono/grafeno eléctricamente conductora para la autolimpieza de la bioincrustación a través de la formación de ampollas. desalinización. Disponible en: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001191642200296X?via%3Dihub

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