O nitrato é um contaminante problemático das águas subterrâneas, causado principalmente pelo escoamento de fertilizantes nas fazendas. Muitos poços em regiões agrícolas excedem o limite da EPA para nitrato na água potável, e sem uma opção econômica de tratamento a água é imprópria para uso potável.

Mas o Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL) e os pesquisadores da Universidade de Stanford desenvolveram uma tecnologia que pode remover o nitrato da água seletivamente, preservando minerais benéficos e reduzindo drasticamente o custo do tratamento em comparação com outros métodos de purificação, como osmose reversa.

"Nossa tecnologia pode escalar de sub-afundamento para o tamanho de planta municipal e aumentará a disponibilidade de água doce em áreas com poucos recursos, "disse o cientista de materiais do LLNL, Patrick Campbell, co-autor principal de um artigo publicado online e em uma futura edição de capa da revista Ciência e Tecnologia Ambiental .

A contaminação dos recursos hídricos com nitrato é um problema crescente e significativo, especialmente em regiões agrícolas. Percebendo isso, a equipe usou eletrodos de deionização capacitiva feitos de carbono ultramicroporoso com poros de menos de um nanômetro que são perfeitos para remover moléculas de nitrato.

A deionização capacitiva (CDI) é uma tecnologia de tratamento de água que pode ser usada para remover o sal de águas salobras de baixa salinidade. Além da dessalinização geral, O CDI pode ser usado para a remoção seletiva de contaminantes iônicos específicos. Um dos principais contaminantes é o nitrato, que é regulamentado pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos para um nível máximo de contaminante em água potável de 10 miligramas por litro.

Contudo, estudos sugerem que a concentração de nitrato nas águas subterrâneas está aumentando em 1-3 miligramas por litro por ano, tornando cada vez mais importante o desenvolvimento de métodos eficazes de tratamento.

"É razoável esperar que uma distribuição de tamanho de poro de poros exclusivamente estreitos filtraria os íons indesejáveis ​​comuns em favor da adsorção seletiva de nitrato, "disse Michael Stadermann, Cientista material do LLNL e co-autor principal do artigo.

Para demonstrar seletividade, a equipe escolheu cloreto e sulfato porque são comumente encontrados em águas residuais, e, junto com nitrato, abrangem uma grande seção transversal de propriedades de íons hidratados. Eles descobriram que o eletrodo remove o nitrato da água com muito mais eficácia do que remove o cloreto e o sulfato.

Para entender melhor por que o nitrato é preferencialmente removido ao invés de sulfato e cloreto, a equipe realizou simulações de dinâmica molecular de primeiros princípios de cloreto, íons nitrato e sulfato dissolvidos na água a granel.

"Essas simulações de alta fidelidade fornecem informações sobre a estrutura de hidratação de cada íon, incluindo geometria e força de solvatação, que pode estar diretamente relacionado à seletividade de íons observada nos experimentos, "Campbell disse.