La clara de huevo se puede transformar en un material capaz de filtrar microplásticos del agua de mar

4 de noviembre de 2022

por Julia Schwarz, Universidad de Princeton

Investigadores de Princeton Engineering han encontrado una manera de convertir la comida del desayuno en un nuevo material que puede eliminar la sal y los microplásticos del agua de mar de forma económica.

Los investigadores utilizaron claras de huevo para crear un aerogel, un material liviano y poroso que puede usarse en muchos tipos de aplicaciones, incluida la filtración de agua, el almacenamiento de energía y el aislamiento térmico y acústico. Craig Arnold, profesor Susan Dod Brown de ingeniería mecánica y aeroespacial y vicedecano de innovación en Princeton, trabaja con su laboratorio para crear nuevos materiales, incluidos aerogeles, para aplicaciones de ingeniería.

Un día, sentado en una reunión de profesores, tuvo una idea.

"Estaba sentado allí, mirando el pan en mi sándwich", dijo Arnold. "Y pensé: este es exactamente el tipo de estructura que necesitamos". Entonces le pidió a su grupo de laboratorio que preparara diferentes recetas de pan mezcladas con carbón para ver si podían recrear la estructura de aerogel que estaba buscando. Ninguno de ellos funcionó del todo bien inicialmente, por lo que el equipo siguió eliminando ingredientes a medida que realizaban las pruebas, hasta que finalmente solo quedaron claras de huevo.

"Comenzamos con un sistema más complejo", dijo Arnold, "y seguimos reduciendo, reduciendo, reduciendo, hasta que llegamos al núcleo de lo que era. Eran las proteínas de las claras de huevo las que conducían a las estructuras que necesitábamos."

Las claras de huevo son un sistema complejo de proteína casi pura que, cuando se liofiliza y se calienta a 900 grados Celsius en un ambiente sin oxígeno, crea una estructura de hebras interconectadas de fibras de carbono y láminas de grafeno. En un artículo publicado el 24 de agosto en Materials Today, Arnold y sus coautores demostraron que el material resultante puede eliminar la sal y los microplásticos del agua de mar con una eficiencia del 98% y 99%, respectivamente.

"Las claras de huevo funcionaron incluso si se fríen primero en la estufa o se baten", dijo Sehmus Ozden, primer autor del artículo. Ozden es un ex investigador asociado postdoctoral en el Centro de Materiales Complejos de Princeton y ahora científico en el Centro de Investigación Aramco. Aunque en las pruebas iniciales se utilizaron claras de huevo compradas en tiendas, dijo Ozden, otras proteínas similares disponibles comercialmente produjeron los mismos resultados.

"Los huevos son geniales porque todos podemos conectarnos con ellos y son fáciles de conseguir, pero hay que tener cuidado de competir contra el ciclo alimentario", dijo Arnold. Como otras proteínas también funcionan, el material puede producirse en grandes cantidades de forma relativamente económica y sin afectar el suministro de alimentos. Ozden señaló que el siguiente paso para los investigadores es perfeccionar el proceso de fabricación para que pueda usarse en la purificación del agua a mayor escala.

Si se puede resolver este desafío, el material tendrá importantes beneficios porque su producción es económica, su uso es eficiente desde el punto de vista energético y es muy eficaz. "El carbón activado es uno de los materiales más baratos utilizados para la purificación del agua. Comparamos nuestros resultados con el carbón activado y es mucho mejor", afirmó Ozden. En comparación con la ósmosis inversa, que requiere un importante aporte de energía y un exceso de agua para su funcionamiento, este proceso de filtración solo requiere gravedad para funcionar y no desperdicia agua.

Si bien Arnold ve la pureza del agua como un "gran desafío importante", esa no es la única aplicación potencial para este material. También está explorando otros usos relacionados con el almacenamiento de energía y el aislamiento.

La investigación incluyó contribuciones de los departamentos de ingeniería química y biológica y de geociencias de Princeton y otros lugares. "Una cosa es hacer algo en el laboratorio", dijo Arnold, "y otra cosa es entender por qué y cómo". Los colaboradores que ayudaron a responder las preguntas de por qué y cómo incluyeron a los profesores Rodney Priestley y A. James Link de ingeniería química y biológica, quienes ayudaron a identificar el mecanismo de transformación de las proteínas de la clara de huevo a nivel molecular. Los colegas de Princeton en geociencias ayudaron con las mediciones de filtración de agua.

Susanna Monti del Instituto de Química de Compuestos Organometálicos y Valentina Tozzi del Instituto Nanoscienze y NEST-Scuola Normale Superiore crearon las simulaciones teóricas que revelaron la transformación de las proteínas de la clara de huevo en aerogel.

Más información: Sehmus Ozden et al, Aerogel monolítico híbrido ultraligero derivado de proteína de huevo para la purificación de agua, Materials Today (2022). DOI: 10.1016/j.mattod.2022.08.001

Información de la revista:Materiales hoy

Proporcionado por la Universidad de Princeton