El nitrato es un contaminante problemático del agua subterránea causado principalmente por la escorrentía de fertilizantes en las tierras de cultivo. Muchos pozos en regiones agrícolas exceden el límite de la EPA para nitratos en el agua potable, y sin una opción de tratamiento económica, el agua no es apta para uso potable.

Pero los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) y la Universidad de Stanford han desarrollado una tecnología que puede eliminar el nitrato del agua de forma selectiva, preservar los minerales beneficiosos y reducir drásticamente el costo del tratamiento en comparación con otros métodos de purificación, como la ósmosis inversa.

"Nuestra tecnología puede escalar desde debajo del sumidero hasta el tamaño de una planta municipal y aumentará la disponibilidad de agua dulce en áreas de escasos recursos, "dijo el científico de materiales de LLNL Patrick Campbell, coautor principal de un artículo que aparece en línea y en una futura edición de portada de la revista Ciencia y tecnología ambiental .

La contaminación de los recursos hídricos con nitratos es un problema creciente y significativo, especialmente en regiones agrícolas. Al darse cuenta de esto, El equipo utilizó electrodos de desionización capacitivos hechos de carbono ultramicroporoso con poros de menos de un nanómetro que son perfectos para eliminar moléculas de nitrato.

La desionización capacitiva (CDI) es una tecnología de tratamiento de agua que se puede utilizar para eliminar la sal de aguas salobres de baja salinidad. Además de la desalación general, El CDI se puede utilizar para la eliminación selectiva de contaminantes iónicos específicos. Uno de los principales contaminantes es el nitrato, que está regulado por la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. a un nivel máximo de contaminante en el agua potable de 10 miligramos por litro.

Sin embargo, Los estudios sugieren que la concentración de nitrato en las aguas subterráneas aumenta de 1 a 3 miligramos por litro por año, haciendo que el desarrollo de métodos de tratamiento efectivos sea cada vez más importante.

"Es razonable esperar que una distribución del tamaño de los poros de poros exclusivamente estrechos elimine los iones no deseados comunes en favor de la adsorción selectiva del nitrato, "dijo Michael Stadermann, Científico de materiales de LLNL y coautor principal del artículo.

Para demostrar selectividad, el equipo eligió el cloruro y el sulfato porque se encuentran comúnmente en las aguas de escorrentía, y, junto con el nitrato, abarcan una gran sección transversal de propiedades de iones hidratados. Descubrieron que el electrodo eliminaba el nitrato del agua con mucha más eficacia que el cloruro y el sulfato.

Para comprender mejor por qué el nitrato se elimina preferentemente sobre el sulfato y el cloruro, el equipo llevó a cabo simulaciones dinámicas moleculares de cloruro de primeros principios, iones nitrato y sulfato disueltos en agua a granel.

"Estas simulaciones de alta fidelidad proporcionan información sobre la estructura de hidratación de cada ión, incluyendo geometría y solvatación, que puede estar directamente relacionado con la selectividad iónica observada en los experimentos, "Dijo Campbell.