Se necesita mucha energía para recolectar limpiar y desechar el agua contaminada. Algunos contaminantes, como el arsénico, ocurren en bajas concentraciones, pidiendo procesos de eliminación selectiva que consuman aún más energía.

En un nuevo periódico Los investigadores abordan esta relación agua-energía mediante la introducción de un dispositivo que puede purificar y remediar el agua contaminada con arsénico en un solo paso. Usando electrodos de polímero especializados, el dispositivo puede reducir el arsénico en el agua en más de un 90% mientras utiliza aproximadamente 10 veces menos energía que otros métodos.

Los hallazgos del nuevo estudio se publican en la revista Materiales avanzados . El arsénico es un elemento natural que ingresa a los acuíferos, arroyos y lagos cuando el agua reacciona con rocas que contienen arsénico y se considera altamente tóxica, dijeron los investigadores. Este es un problema mundial que afecta a más de 200 millones de personas en 70 países.

No todo el arsénico es igual, dijo Xiao Su, profesor de ingeniería química y biomolecular de la Universidad de Illinois que dirigió el estudio. La forma más peligrosa de arsénico, conocido como arsenito, es altamente reactivo con tejidos biológicos, pero se convierte en una forma menos tóxica, llamado arsenato, a través de una simple reacción de oxidación.

"Podemos eliminar el arsenito del agua con absorbentes, membranas especializadas o evaporación, pero todos estos son procesos que consumen mucha energía y que, en última instancia, dejan una gran cantidad de desechos tóxicos, "Su dijo." Al tener un dispositivo que puede capturar arsenito con una alta selectividad y convertirlo en una forma menos tóxica, podemos reducir la toxicidad de los desechos mientras purificamos el agua ".

El dispositivo de prueba de concepto funciona integrando los pasos de reacción y separación de contaminantes dentro de una sola unidad con una celda electrocatalítica, similar a una batería, que utiliza polímeros activos redox. Cuando el agua contaminada ingresa al dispositivo, el primer electrodo de polímero captura selectivamente el arsenito y lo envía al otro electrodo de polímero, donde se despoja de dos de sus electrones, o se oxida, para formar arseniato. Luego, el agua pura sale del dispositivo, y los residuos de arseniato se concentran para su posterior eliminación, Su dijo.

"El proceso está impulsado por reacciones electroquímicas, por lo que el dispositivo no requiere mucha electricidad para funcionar y permite la reutilización de los electrodos basándose solo en el potencial electroquímico, "Su dijo." La combinación de los pasos de separación y reacción en un solo dispositivo es un ejemplo de lo que llamamos intensificación de procesos, que creemos es un enfoque importante para abordar las preocupaciones ambientales relacionadas con la energía y el agua, en particular, la cantidad de energía que se necesita para purificar y remediar el agua contaminada ".

Además de mejorar la sostenibilidad y la eficiencia energética, este enfoque electroquímico tiene ventajas para el despliegue de campo, dijeron los investigadores. Los usuarios pueden ejecutar el dispositivo utilizando paneles solares en áreas donde la electricidad es escasa, como en partes de las zonas rurales de Bangladesh, un país donde más del 60% de la población se ve afectada por agua contaminada con arsénico, dijeron los investigadores.

Hay desafíos que abordar antes de que el dispositivo esté listo para la implementación en el mundo real. "Necesitamos aumentar la estabilidad de los electrodos porque este proceso deberá repetirse muchas veces mientras se ejecuta, "Su dijo." Estamos utilizando muy especializados, Materiales poliméricos muy avanzados para los electrodos. Sin embargo, Necesitamos asegurarnos de que los diseñamos no solo para ser altamente selectivos para el arsénico, pero también muy estables y robustos para que no necesiten ser reemplazados constantemente. Esto requerirá un mayor desarrollo químico para superarlo ".