Los nuevos tipos de adsorbedores de membrana eliminan las partículas no deseadas del agua y también, al mismo tiempo, sustancias disueltas como el bisfenol A hormonalmente activo o el plomo tóxico. Para hacer esto, Los investigadores del Instituto Fraunhofer de Ingeniería Interfacial y Biotecnología IGB incrustaron partículas adsorbentes selectivas en membranas de filtración.

No fue hasta enero de 2015 que la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) redujo el valor umbral para el bisfenol A en los envases. El producto químico a granel hormonalmente activo es, entre otras cosas, un material básico para el policarbonato del cual, por ejemplo, CD, Se fabrican vajillas de plástico o anteojos. Debido a su estructura química, El bisfenol A no se degrada completamente en las etapas biológicas de las plantas de tratamiento y la instalación de depuración lo vierte en ríos y lagos.

El carbón activado o los materiales adsorbentes ya se utilizan para eliminar los productos químicos. antibióticos o metales pesados ​​de aguas residuales o de proceso. Sin embargo, Una desventaja de estos materiales altamente porosos es el largo tiempo de contacto que requieren los contaminantes para difundirse en los poros. Para que se capturen tantas sustancias nocivas como sea posible, incluso en un tiempo más corto, las plantas de tratamiento utilizan mayores cantidades de adsorbedores en tanques de tratamiento correspondientemente grandes. Sin embargo, El carbón activado solo se puede regenerar con un elevado aporte energético, resultando en su mayor parte en la necesidad de deshacerse de grandes cantidades de material contaminado con contaminantes.

También, filtración por membrana con nanofiltración o membranas de ósmosis inversa, que puede eliminar las sustancias contaminantes, aún no es rentable para la eliminación de moléculas disueltas de flujos de gran volumen, como aguas de proceso o aguas residuales. Las membranas filtran el agua a través de sus poros cuando se acumula presión en un lado de la membrana, reteniendo así moléculas más grandes y partículas sólidas. Pero cuanto más pequeños son los poros de la membrana, cuanto mayor sea la presión, y por lo tanto más energía, se requiere para separar las sustancias del agua.

Adsorbedores de membrana:filtración y unión en un solo paso

Los investigadores del Instituto Fraunhofer de Ingeniería Interfacial y Biotecnología IGB en Stuttgart han optado por un nuevo enfoque que combina las ventajas de ambos métodos. Al fabricar las membranas agregan pequeños, partículas adsorbentes poliméricas. Los adsorbedores de membrana resultantes pueden, además de su función de filtración, unir por adsorción sustancias disueltas en agua. “Hacemos uso de la estructura porosa de la membrana ubicada debajo de la capa de separación. Los poros tienen una superficie muy específica para que se puedan incrustar tantas partículas como sea posible, y también proporcionan una accesibilidad óptima, "dice el Dr. Thomas Schiestel, Responsable del grupo de trabajo "Interfaces y membranas inorgánicas" del Fraunhofer IGB.

"A diferencia de los adsorbedores convencionales, Nuestros adsorbedores de membrana transportan los contaminantes por convección. Esto significa que, con el agua fluyendo rápidamente a través de los poros de la membrana, un tiempo de contacto que dura solo unos segundos es suficiente para adsorber los contaminantes en la superficie de la partícula, ", dice el científico. Hasta el 40 por ciento del peso de los adsorbedores de membrana se debe a las partículas, por lo que su capacidad de unión es correspondientemente alta. Al mismo tiempo, los adsorbedores de membrana pueden funcionar a bajas presiones. Como las membranas se pueden empaquetar muy apretadas, Se pueden tratar grandes volúmenes de agua incluso con dispositivos pequeños.

Partículas adsorbentes funcionales

Los investigadores fabrican las partículas adsorbentes en un solo paso, proceso rentable. En este proceso patentado, los componentes monoméricos se polimerizan con la ayuda de un agente de reticulación para generar glóbulos de polímero de 50 a 500 nanómetros. "Dependiendo de las sustancias que se vayan a eliminar del agua, seleccionamos el más adecuado de una variedad de monómeros con diferentes grupos funcionales, "Schiestel explica. El espectro aquí va desde piridina, que tiende a ser hidrofóbico, por medio de compuestos de amonio catiónicos e incluye fosfonatos aniónicos.

Eliminación selectiva de contaminantes y metales

Los investigadores pudieron demostrar en diversas pruebas que los adsorbedores de membrana eliminan contaminantes de manera muy selectiva por medio de las partículas, que están personalizados para el contaminante particular en cuestión. Por ejemplo, Los adsorbedores de membrana con grupos piridina se unen especialmente bien al bisfenol A hidrófobo, mientras que aquellos con grupos amino adsorben la sal cargada negativamente del antibiótico penicilina G.

"Las diversas partículas adsorbentes pueden incluso combinarse en una membrana. De esta manera podemos eliminar varios microcontaminantes simultáneamente con un solo adsorbedor de membrana, "dice Schiestel, señalando una ventaja adicional. Equipado con diferentes grupos funcionales, Los adsorbedores de membrana también pueden eliminar metales pesados ​​tóxicos como el plomo o el arsénico del agua. Adsorbedores de membrana de fosfonato, por ejemplo, adsorbe más de 5 gramos de plomo por metro cuadrado de superficie de la membrana, un 40 por ciento más que un adsorbente de membrana disponible comercialmente.

Rentable y regenerable

Para que los adsorbedores de membrana se puedan utilizar varias veces, los contaminantes adsorbidos tienen que desprenderse una vez más de las partículas de la membrana. "Los adsorbentes de membrana para bisfenol A pueden regenerarse completamente mediante un cambio del valor de pH, "Schiestel explica. Los contaminantes concentrados pueden luego eliminarse de manera rentable o descomponerse mediante procesos oxidativos adecuados.

La regenerabilidad de los adsorbentes de membrana también posibilita una aplicación adicional:la reutilización de las moléculas separadas. Esto, además, hace que la tecnología sea atractiva para recuperar metales preciosos valiosos o metales de tierras raras.