Los productos químicos sintéticos están siempre presentes en la vida moderna:en nuestros medicamentos, cosméticos y ropa, pero ¿qué les sucede cuando ingresan a nuestros suministros de agua municipales?

Debido a que estos productos químicos están fuera de la vista, Fuera de quicio, asumimos que no pueden hacernos daño después de tirarlos por el fregadero. Sin embargo, la mayoría de las infraestructuras de tratamiento de agua no fueron diseñadas para eliminar químicos orgánicos sintéticos como los que se encuentran en los opioides, productos de cuidado personal y farmacéuticos.

Como consecuencia, las concentraciones de trazas de esos productos químicos están presentes en el efluente:el agua descargada de las plantas de tratamiento a los lagos, Rios y corrientes. Aunque se encuentra en concentraciones extremadamente pequeñas, solo nanogramos o microgramos, la toxicidad no se comprende bien en los cuerpos humanos y los ecosistemas.

Peor, sabemos aún menos sobre los efectos sobre la salud humana y del ecosistema de los subproductos creados durante los procesos avanzados de tratamiento de agua por oxidación; Se pueden crear miles de subproductos químicos en solo minutos.

Por lo tanto, Es fundamental que los científicos y los administradores de las plantas de tratamiento comprendan los mecanismos mediante los cuales se crean los subproductos químicos durante el proceso de tratamiento. Daisuke Minakata, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental en la Universidad Tecnológica de Michigan, con los coautores Divya Kamath y Stephen Mezyk, trató de comprender esos mecanismos utilizando acetona como caso de prueba.

Los autores se basaron en un estudio experimental de 1999 de las vías de reacción de la acetona durante el tratamiento, utilizando cálculos de mecánica cuántica para predecir los subproductos químicos que se producen cuando la acetona se degrada durante el proceso de oxidación avanzado.

Sus resultados se publican en el artículo, "Elucidar las vías de reacción elementales y la cinética de la degradación de la acetona inducida por radicales hidroxilo en el proceso de oxidación avanzada en fase acuosa", en el diario Ciencia y Tecnología Ambiental , publicado por la American Chemical Society.

Modelado de degradación

Según los estándares químicos, la acetona tiene una estructura sencilla. Esto lo hace ideal para modelar las vías de reacción (las innumerables formas en que una sustancia química puede degradarse en radicales libres y subproductos) para predecir qué subproductos y radicales se forman.

"Cuando realizamos un tratamiento de agua con oxidación química avanzada, esos oxidantes destruyen los compuestos orgánicos objetivo pero crean subproductos, ", Dice Minakata." Algunos subproductos pueden ser más tóxicos que su compuesto original. Necesitamos comprender los mecanismos fundamentales de cómo se producen los subproductos y luego podemos predecir qué se producirá a partir de muchas otras sustancias químicas. Encontramos más de 200 reacciones involucradas en degradaciones de acetona basadas en trabajo computacional ".

El equipo de Minakata comparó los resultados predictivos del modelo con los 10 subproductos observados en el estudio experimental de 1999, y los resultados del modelo siguen con precisión las vías de reacción observadas.

La oxidación avanzada es una forma muy eficaz e importante de tratar el agua y los efluentes, por lo que su uso no debe suspenderse. Muchas comunidades en regiones áridas se están quedando sin agua y deben reutilizar las aguas residuales tratadas, un proceso llamado reutilización potable directa. Si los productos químicos orgánicos sintéticos y sus subproductos oxidados no se eliminan del agua, las personas y los animales las consumen.

En la región de los Grandes Lagos, las comunidades río arriba descargan aguas residuales tratadas en lagos y ríos. La gente que vive río abajo usa esa agua; y existente, Los procesos de tratamiento convencionales no eliminan todos los productos químicos orgánicos de manera eficaz. La oxidación avanzada puede apuntar eficazmente a sustancias químicas orgánicas específicas para eliminarlas del agua. Modelar las vías de reacción es fundamental para ayudar a los gerentes de tratamiento de agua a comprender cuál es la mejor manera de manejar el cuchillo. como si fuera.

Una limitación del trabajo es que el modelo se aplica únicamente a contaminantes orgánicos estructuralmente simples como la acetona, en lugar de procesos de degradación química ampliamente múltiples. Los productos químicos orgánicos tienen estructuras extraordinariamente complejas, y carecemos de la capacidad computacional para calcular las vías de reacción. El equipo de Minakata utilizó la supercomputadora Superior en Michigan Tech. Superior desconcertado por las vías de la acetona con cientos de cálculos, algunos de los cuales pueden llevar más de semanas.

Reacciones químicas por todas partes

Comprender los mecanismos de formación de subproductos químicos no solo es importante para el tratamiento del agua; también está avanzando lo que sabemos sobre las reacciones químicas en la atmósfera y dentro de nuestros cuerpos.

"Dentro de una gota de agua en una nube, la misma reacción radical está ocurriendo, "Dice Minakata." En nuestros cuerpos, las especies reactivas de oxígeno dañan las células humanas. Si bebe mucho alcohol, o si tiene demasiado sol, creas radicales libres. Esos radicales libres dañan sus células y pueden crear células cancerosas. La química relacionada con los radicales libres es común en diferentes disciplinas. Usamos la química de los radicales libres para destruir químicos tóxicos "