En noviembre de 2015, Brasil experimentó un desastre ambiental sin precedentes. Cuando se rompieron dos presas en una mina de hierro, un cóctel venenoso de metales pesados ​​se vertió en el río Doce, llegando al Atlántico unos días después. Las consecuencias fueron devastadoras tanto para la naturaleza como para los humanos:innumerables peces, pájaros y animales murieron, y un cuarto de millón de personas se quedaron sin agua potable.

Este caso demuestra que la contaminación del agua es uno de los problemas globales más graves de la actualidad. No se ha encontrado una solución técnica satisfactoria para el tratamiento de aguas contaminadas con metales pesados ​​o sustancias radiactivas. Los métodos existentes utilizados para eliminar el agua de los metales pesados. por ejemplo, tienen varias desventajas:o están demasiado dirigidas a un elemento específico o su capacidad de filtrado es demasiado pequeña; Adicionalmente, a menudo son demasiado caras.

Filtración eficaz de metales pesados

Ahora, Es posible que se haya encontrado una solución en un nuevo tipo de membrana de filtro híbrida desarrollada en el laboratorio de Raffaele Mezzenga, Profesor de Alimentos y Materiales Blandos en ETH Zurich. Esta tecnología no solo tiene una estructura extremadamente simple, pero también comprende materias primas de bajo costo, como fibras de proteína de suero y carbón activado. Los iones de metales pesados ​​se pueden eliminar casi por completo del agua con una sola pasada a través de la membrana del filtro.

"El proyecto es una de las cosas más importantes que pude haber hecho en mi vida, "dice Mezzenga, entusiasmado con el nuevo desarrollo. Él y su investigadora Sreenath Bolisetty fueron las únicas personas que trabajaron en él, y su publicación acaba de aparecer en la revista Nanotecnología de la naturaleza .

Se requiere suero y carbón activado.

En el corazón del sistema de filtración hay un nuevo tipo de membrana híbrida hecha de carbón activado y resistente, fibras rígidas de proteína de suero. Los dos componentes son baratos de obtener y fáciles de producir.

En primer lugar, las proteínas del suero están desnaturalizadas, lo que hace que se estiren, y finalmente se unen en forma de fibrillas amiloides. Junto con carbón activado (que también está contenido en tabletas de carbón vegetal), estas fibras se aplican a un material de sustrato adecuado, como un papel de filtro de celulosa. El contenido de carbono es del 98%, con un mero 2% compuesto por la proteína.

Recuperación de oro gracias a la membrana filtrante

Esta membrana híbrida absorbe varios metales pesados ​​de forma inespecífica, incluyendo elementos de relevancia industrial, como el plomo, mercurio, oro y paladio. Sin embargo, también absorbe sustancias radiactivas, como uranio o fósforo-32, que son relevantes en residuos nucleares o determinadas terapias contra el cáncer, respectivamente.

Es más, la membrana elimina los cianuros metálicos altamente tóxicos del agua. Esta clase de materiales incluye cianuro de oro, que se utiliza comúnmente en la industria electrónica para producir pistas conductoras en placas de circuito. La membrana proporciona una forma sencilla de filtrar y recuperar el oro, por lo tanto, el sistema de filtrado podría algún día desempeñar un papel importante en el reciclaje de oro. "La ganancia generada por el oro recuperado es más de 200 veces el costo de la membrana híbrida, "dice Mezzenga.

El proceso de filtración es extremadamente simple:el agua contaminada se extrae a través de la membrana mediante vacío. "Se podría producir un vacío suficientemente fuerte con una simple bomba manual, "dice Mezzenga, "lo que permitiría operar el sistema sin electricidad". Es más, el sistema es casi infinitamente escalable, permitiendo filtrar incluso grandes volúmenes de agua de forma rentable.

A medida que pasan por el filtro, las sustancias tóxicas se 'adhieren' principalmente a las fibras proteicas, que tienen numerosos sitios de unión donde los iones metálicos individuales pueden acoplarse. Sin embargo, la gran superficie del carbón activado también puede absorber grandes cantidades de toxinas, lo que permite retrasar los límites de saturación de las membranas. Además, las fibras de proteína prestan resistencia mecánica a la membrana y, a altas temperaturas, permiten que los iones atrapados se conviertan químicamente en valiosas nanopartículas metálicas.

Capacidad de absorción insuperable

Mezzenga está entusiasmado con la capacidad de filtrado de la membrana híbrida:en pruebas con cloruro de mercurio, por ejemplo, la concentración de mercurio presente en el filtrado se redujo en más del 99,5%. La eficiencia fue aún mayor con un compuesto tóxico de cianuro de oro y potasio, donde el 99,98% del compuesto estaba unido a la membrana, o con sales de plomo, donde la eficiencia fue superior al 99,97%. Y con uranio radiactivo, El 99,4% de la concentración original se unió durante la filtración. "Logramos estos altos valores en una sola pasada, "enfatiza Bolisetty, coautor de la invención.

Incluso en múltiples pases, la membrana híbrida filtra sustancias tóxicas con un alto grado de fiabilidad. Aunque la concentración de mercurio en el filtrado aumentó en un factor de 10 de 0,4 ppm (partes por millón) a 4,2 ppm después de 10 pasadas, la cantidad de proteína utilizada fue extremadamente baja. Para filtrar medio litro de agua contaminada, los investigadores utilizaron una membrana que pesaba solo una décima parte de un gramo, de los cuales el siete por ciento en peso estaba compuesto por fibras proteicas. "Un kilo de proteína de suero bastaría para purificar 90.000 litros de agua, más que la cantidad de agua necesaria en la vida de un ser humano, ", dice el profesor de ETH. Esto también implica que la eficiencia se puede aumentar aún más a los requisitos deseables, simplemente aumentando el contenido de proteínas en la membrana, él añade, haciendo hincapié en la flexibilidad de este nuevo enfoque.

Potencial prometedor

Mezzenga confía en que su tecnología llegue al mercado. "Existen numerosas aplicaciones para ello, y el agua es uno de los problemas más urgentes que enfrentamos hoy, ", dice a la luz del torrente de lodo experimentado en Brasil. El profesor de ETH ha patentado su tecnología y fue nominado en marzo de este año para el premio Spark de ETH Zurich. Sin embargo, debido a que la publicación científica tuvo que someterse a un proceso de revisión de nueve meses, Solo ahora Bolisetty y Mezzenga pueden hacer público su descubrimiento.