La filtración de agua es esencial para mantener la salud pública. La capacidad de ver cómo los contaminantes persistentes, como las bacterias dañinas, microcontaminantes, y los microplásticos se comportan a escala atómica pueden permitir a los ingenieros fabricar filtros mejorados para métodos de tratamiento de agua más efectivos.

La fuente europea de espalación (ESS), actualmente en construcción en Lund, Suecia, se abrirá a los usuarios en 2023. En preparación, La científica de ESS Monika Hartl y sus colaboradores en Swedish Water Research están usando neutrones en el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía (DOE) para estudiar cómo el bisfenol A (BPA), un químico utilizado en plásticos, interactúa con los filtros de agua.

El BPA es un componente clave en un difícil, Plástico irrompible llamado policarbonato que se usa ampliamente en productos de seguridad y bienes de consumo. A medida que el policarbonato se descompone en agua, El BPA puede liberarse al medio ambiente, donde los estudios han demostrado que el consumo de BPA, a menudo como resultado de la contaminación del agua, puede afectar negativamente a la planta, animal, e incluso la salud humana. La filtración de este contaminante de los suministros de agua puede reducir sus efectos negativos sobre el medio ambiente y, al mismo tiempo, minimizar o eliminar cualquier efecto negativo sobre la salud humana.

Los filtros industriales de arena y arcilla se utilizan a menudo en las primeras etapas del proceso de filtración de agua antes de aplicar métodos de purificación más avanzados, como el tratamiento con cloro. La arena utilizada para filtrar tiene estructuras microporosas capaces de adsorber contaminantes del agua, y las arcillas tienen estructuras en capas con capacidades similares.

Usando el instrumento VISION, línea de luz 16B en la fuente de neutrones de espalación (SNS) de ORNL, Hartl y sus colaboradores de la industria del agua sueca pueden usar la dispersión de neutrones para ver cómo el BPA impacta en las superficies de los materiales filtrantes y, por lo tanto, su efectividad para adsorber moléculas a nivel atómico.

"Estamos estudiando cómo eliminar los productos de descomposición plástica del agua mediante el uso de filtros de arena y arcilla. En particular, estamos tratando de averiguar cómo interactúa el BPA con las estructuras de arcilla y arena, "dijo Hartl.

Los neutrones no son destructivos y pueden penetrar profundamente materiales como arena y arcilla, a diferencia de métodos de investigación similares. Su sensibilidad al hidrógeno los hace ideales para estudios que involucran agua, especialmente para estudiar el agua en estructuras opacas y difíciles de penetrar.

"Con neutrones, puede penetrar el filtro fácilmente y puede ver el BPA dentro del material, "dijo Hartl.

"Hay un gran equipo en VISION, y tienen un laboratorio de usuarios bien equipado donde puedo preparar una amplia gama de muestras con muchas opciones para confirmar la calidad de mis muestras antes de ponerlas en la línea de luz. Si necesito modificar algo durante el experimento, Puedo comprobar mis materiales en el laboratorio de usuarios en lugar de perder tiempo de haz, "dijo Hartl, que actualmente está planificando laboratorios de usuarios similares para el ESS.

"Los laboratorios de química son muy importantes para la dispersión de neutrones. La capacidad de preparar muestras y caracterizarlas en fuentes de neutrones se ha vuelto esencial, especialmente para la investigación del agua ".

Usando los datos de este experimento, Hartl puede identificar cómo los materiales del filtro adsorben el BPA, así como qué estructuras y materiales funcionan mejor que otros, para desarrollar filtros de agua mejorados que duren más y funcionen mejor.

"Si descubrimos cómo interactúan el agua y el bisfenol con los filtros, luego podemos aprender a modificar el filtro para eliminar mejor el bisfenol, que sería muy útil para las plantas acuáticas, "Dijo Hartl.

Este trabajo está siendo financiado como un "proyecto piloto industrial para experimentos de neutrones y fotones en infraestructuras de investigación a gran escala" por la agencia de financiación sueca Vinnova (número de proyecto 2018-03264). Los socios de este proyecto son el Dr. Alfredo González-Pérez, líder del grupo de investigación y coordinador de proyectos de Swedish Water Research AB; Prof. Kenneth Persson, jefe de investigación Sydvatten AB; y Monika Hartl.