• Home
  • Química
  • Astronomía
  • Energía
  • Naturaleza
  • Biología
  • Física
  • Electrónica
  •  science >> Ciencia >  >> Química
    Los investigadores desarrollan una nueva forma de eliminar los contaminantes del agua

    Los investigadores han desarrollado un nuevo método para eliminar incluso los niveles extremadamente bajos de compuestos no deseados del agua. El nuevo método se basa en un proceso electroquímico para eliminar selectivamente contaminantes orgánicos como pesticidas, productos químicos de desecho, y productos farmacéuticos. Crédito:Melanie Gonick / MIT

    Cuando se trata de eliminar concentraciones muy diluidas de contaminantes del agua, Los métodos de separación existentes tienden a ser intensivos en energía y productos químicos. Ahora, un nuevo método desarrollado en el MIT podría proporcionar una alternativa selectiva para eliminar incluso niveles extremadamente bajos de compuestos no deseados.

    El nuevo enfoque se describe en la revista Ciencias de la energía y el medio ambiente , en un artículo del postdoctorado del MIT Xiao Su, Ralph Landau Profesor de Ingeniería Química T. Alan Hatton, y otros cinco en el MIT y en la Universidad Técnica de Darmstadt en Alemania.

    El sistema utiliza un método novedoso, confiando en un proceso electroquímico para eliminar selectivamente contaminantes orgánicos como pesticidas, productos químicos de desecho, y productos farmacéuticos, incluso cuando están presentes en concentraciones pequeñas pero peligrosas. El enfoque también aborda las limitaciones clave de los métodos convencionales de separación electroquímica, tales como fluctuaciones de acidez y pérdidas en el rendimiento que pueden ocurrir como resultado de reacciones superficiales competitivas.

    Los sistemas actuales para tratar dichos contaminantes diluidos incluyen la filtración por membrana, que es caro y tiene una eficacia limitada a bajas concentraciones, y electrodiálisis y desionización capacitiva, que a menudo requieren altos voltajes que tienden a producir reacciones secundarias, Su dice. Estos procesos también se ven obstaculizados por el exceso de sales de fondo.

    “El sistema podría usarse para la remediación ambiental, para la eliminación de sustancias químicas orgánicas tóxicas, o en una planta química para recuperar productos de valor agregado, ya que todos se basarían en el mismo principio para extraer el ión minoritario de un sistema complejo de múltiples iones, ”, Dice Xiao Su, postdoctoral del MIT. Crédito:Felice Frankel

    En el nuevo sistema, el agua fluye entre tratados químicamente, o "funcionalizado, "Superficies que sirven como electrodos positivos y negativos. Estas superficies de electrodos están recubiertas con lo que se conoce como materiales faradaicos, que puede sufrir reacciones para cargarse positiva o negativamente. Estos grupos activos se pueden sintonizar para unirse fuertemente con un tipo específico de molécula contaminante, como demostró el equipo usando ibuprofeno y varios pesticidas. Los investigadores descubrieron que este proceso puede eliminar eficazmente dichas moléculas incluso en concentraciones de partes por millón.

    Los estudios anteriores se han centrado generalmente en electrodos conductores, o placas funcionalizadas en un solo electrodo, pero estos a menudo alcanzan altos voltajes que producen compuestos contaminantes. Al usar electrodos apropiadamente funcionalizados tanto en el lado positivo como en el negativo, en una configuración asimétrica, los investigadores eliminaron casi por completo estas reacciones secundarias. También, Estos sistemas asimétricos permiten la eliminación selectiva simultánea de iones tóxicos positivos y negativos al mismo tiempo, como demostró el equipo con los herbicidas paraquat y quinchlorac.

    El mismo proceso selectivo debería aplicarse también a la recuperación de compuestos de alto valor en una planta de producción química o farmacéutica. donde de otro modo podrían desperdiciarse, Su dice. "El sistema podría utilizarse para la remediación ambiental, para la eliminación de sustancias químicas orgánicas tóxicas, o en una planta química para recuperar productos de valor agregado, ya que todos se basarían en el mismo principio para extraer el ión minoritario de un sistema complejo de múltiples iones ".

    El sistema es inherentemente altamente selectivo, pero en la práctica probablemente estaría diseñado con múltiples etapas para tratar con una variedad de compuestos en secuencia, dependiendo de la aplicación exacta, Su dice. "Estos sistemas podrían resultar útiles en última instancia, "sugiere, "para sistemas de purificación de agua para áreas remotas en el mundo en desarrollo, donde la contaminación por plaguicidas, tintes y otros productos químicos son a menudo un problema en el suministro de agua. El altamente eficiente, El sistema operado eléctricamente podría funcionar con energía de paneles solares en áreas rurales, por ejemplo ".

    Crédito:Instituto de Tecnología de Massachusetts

    A diferencia de los sistemas basados ​​en membranas que requieren altas presiones, y otros sistemas electroquímicos que operan a altos voltajes, el nuevo sistema funciona a tensiones y presiones relativamente bajas, Dice Hatton. Y, señala, a diferencia de los sistemas de intercambio iónico convencionales donde la liberación de los compuestos capturados y la regeneración de los adsorbentes requeriría la adición de productos químicos, "en nuestro caso, simplemente puede accionar un interruptor" para lograr el mismo resultado cambiando la polaridad de los electrodos.

    El equipo de investigación ya ha acumulado una serie de honores por el desarrollo continuo de la tecnología de tratamiento de agua, incluidas las subvenciones de las competencias J-WAFS Solutions y Massachusetts Clean Energy Catalyst, y los investigadores fueron los principales ganadores del premio MIT Water Innovation Prize del año pasado. Los investigadores han solicitado una patente sobre el nuevo proceso. "Definitivamente queremos implementar esto en el mundo real, "Dice Hatton. Mientras tanto, están trabajando para ampliar sus dispositivos prototipo en el laboratorio y mejorar la robustez química.

    Esta técnica "es muy significativa, a medida que amplía las capacidades de los sistemas electroquímicos desde la eliminación básicamente no selectiva hacia la eliminación altamente selectiva de contaminantes clave, "dice Matthew Suss, profesor asistente de ingeniería mecánica en el Technion Institute of Technology de Israel, que no estuvo involucrado en este trabajo. "Como ocurre con muchas técnicas emergentes de purificación de agua, todavía debe probarse en condiciones del mundo real y durante largos períodos para comprobar la durabilidad. Sin embargo, el sistema prototipo logró más de 500 ciclos, que es un resultado muy prometedor ".

    Estos investigadores "han explorado sistemáticamente una variedad de configuraciones de dispositivos y una variedad de contaminantes, "dice Kyle Smith, profesor de ciencias mecánicas e ingeniería en la Universidad de Illinois, quien tampoco estuvo involucrado en este trabajo. En el proceso, han identificado principios generales de diseño mediante los cuales lograr la eliminación selectiva de contaminantes. En este sentido, Encuentro que el estudio de Hatton y compañeros de trabajo es muy completo y reflexivo. Proporciona un marco o paradigma que otros investigadores pueden emular ". él añade, "Un desafío importante que permanece es la ampliación de estas tecnologías".

    Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.




    © Ciencia https://es.scienceaq.com