Los seres humanos han sabido desde la antigüedad que la plata mata o detiene el crecimiento de muchos microorganismos. Hipócrates el padre de la medicina, Se dice que utilizó preparados de plata para tratar úlceras y cicatrizar heridas. Hasta la introducción de los antibióticos en la década de 1940, La plata coloidal (partículas diminutas suspendidas en un líquido) fue un pilar para el tratamiento de quemaduras. heridas y úlceras infectadas. La plata todavía se usa hoy en día en vendajes para heridas, en cremas y como recubrimiento en dispositivos médicos.

Desde la década de 1990, Los fabricantes han agregado nanopartículas de plata a numerosos productos de consumo para mejorar sus propiedades antibacterianas y antiolor. Los ejemplos incluyen ropa, toallas ropa interior calcetines, pasta de dientes y peluches. Las nanopartículas son partículas ultrapequeñas, que van de 1 a 100 nanómetros de diámetro, demasiado pequeño para verlo incluso con un microscopio. Según una base de datos ampliamente citada, aproximadamente una cuarta parte de los productos de consumo basados ​​en nanomateriales que se comercializan actualmente en los Estados Unidos contienen nanoplata.

Múltiples estudios han informado que la nanoplata se filtra de los textiles cuando se lavan. La investigación también revela que la nanoplata puede ser tóxica para los seres humanos y los organismos acuáticos y marinos. Aunque es muy utilizado, poco se sabe sobre su destino o los efectos tóxicos a largo plazo en el medio ambiente.

Estamos desarrollando formas de convertir esta potencial crisis ecológica en una oportunidad mediante la recuperación de nanopartículas de plata pura, que tienen muchas aplicaciones industriales, de las aguas residuales de la lavandería. En un estudio publicado recientemente, describimos una técnica para la recuperación de plata y discutimos los desafíos técnicos clave. Nuestro enfoque aborda este problema en la fuente, en este caso, lavadoras individuales. Creemos que esta estrategia es muy prometedora para eliminar los contaminantes recientemente identificados de las aguas residuales.

Una veta de plata textil

El uso de nanoplata en productos de consumo ha aumentado constantemente en la última década. La participación de mercado de los textiles a base de plata aumentó del 9 por ciento en 2004 al 25 por ciento en 2011.

Varios investigadores han medido el contenido de plata de los textiles y han encontrado valores que van de 0,009 a 21, 600 miligramos de plata por kilogramo de textil. Los estudios muestran que la cantidad de plata lixiviada en la solución de lavado depende de muchos factores, incluidas las interacciones entre el detergente y otros productos químicos y cómo la plata se adhiere a los textiles.

Inhumanos, la exposición a la plata puede dañar las células del hígado, piel y pulmones. La exposición prolongada o la exposición a una gran dosis puede causar una afección llamada Argiria, en el que la piel de la víctima adquiere un tono gris azulado permanente.

La plata es tóxica para muchos microbios y organismos acuáticos, incluido el pez cebra, trucha arcoiris y zooplancton.

Una vez que la plata se va por el desagüe y termina en las plantas de tratamiento de aguas residuales, potencialmente puede dañar los procesos de tratamiento bacteriano, haciéndolos menos eficientes, y equipo de tratamiento de suciedad. Más del 90 por ciento de las nanopartículas de plata liberadas en las aguas residuales terminan en biosólidos ricos en nutrientes que quedan al final del tratamiento de aguas residuales. que a menudo se utilizan en la tierra como fertilizantes agrícolas.

Esto plantea múltiples riesgos. Si las plantas toman plata del suelo, podrían concentrarlo e introducirlo en la cadena alimentaria. También puede filtrarse a las aguas subterráneas o irse a los ríos a través de las tormentas o la erosión.

Tratar el agua de la lavandería en la fuente

Nuestra investigación muestra que la forma más eficiente de eliminar la plata de las aguas residuales es tratándola en la lavadora. En este punto, las concentraciones de plata son relativamente altas, y la plata se libera inicialmente de la ropa tratada en una forma química que es factible de recuperar.

Una vez que el agua de lavado de la ropa se canaliza a las plantas de tratamiento de aguas residuales y se mezcla con las aguas residuales y el agua de otras fuentes, Las concentraciones de plata disminuyen significativamente y pueden convertirse en diferentes formas químicas.

Un poco de química es útil aquí. Nuestro método de recuperación emplea un proceso químico ampliamente utilizado llamado intercambio iónico. Los iones son átomos o moléculas que tienen carga eléctrica. En intercambio iónico, un sólido y un líquido se juntan e intercambian iones entre sí.

Por ejemplo, los jabones domésticos no hacen buena espuma en agua "dura", que contiene altos niveles de iones como magnesio y calcio. Muchos filtros de agua domésticos utilizan intercambio de iones para "ablandar" el agua, sustituyendo esos materiales por otros iones que no afecten de igual forma sus propiedades.

Para que este proceso funcione, los iones que cambian de lugar deben tener carga positiva o negativa. La nanoplata se libera inicialmente de los textiles como iones de plata, que es un catión, un ion con carga positiva (de ahí el signo más en su símbolo químico, Ag +).

Incluso en la fuente, eliminar la plata del agua de lavado es un desafío. Las concentraciones de plata en la solución de lavado son relativamente bajas en comparación con otros cationes, como el calcio, que podría interferir con el proceso de eliminación. La química del detergente complica aún más el panorama porque algunos componentes del detergente pueden interactuar potencialmente con la plata.

Para recuperar plata sin recoger otros productos químicos, el proceso de recuperación debe utilizar materiales que tengan afinidad química por la plata. En un estudio anterior, describimos una solución potencial:el uso de materiales de intercambio iónico incrustados con productos químicos a base de azufre, que se unen preferentemente a la plata.

En nuestro nuevo estudio, Pasamos el agua de lavado a través de una columna de resina de intercambio iónico y analizamos cómo cada ingrediente detergente principal interactuaba con la plata en el agua y afectaba la capacidad de la resina para eliminar la plata del agua. Al manipular las condiciones del proceso como el pH, temperatura y concentración de cationes distintos de la plata, pudimos identificar condiciones que maximizaban la recuperación de plata.

Encontramos que el pH y los niveles de iones calcio (Ca2 +) eran factores críticos. Los niveles más altos de iones de hidrógeno o calcio unen los ingredientes del detergente y evitan que interactúen con los iones de plata. para que la resina de intercambio iónico pueda eliminar la plata de la solución. También descubrimos que algunos ingredientes de los detergentes, en particular los agentes blanqueadores y suavizantes de agua, hacían que la resina de intercambio iónico funcionara de manera menos eficiente. Dependiendo de estas condiciones, recuperamos entre el 20 y el 99 por ciento de la plata en el agua de lavado.

Nuestros hallazgos pueden impulsar la investigación de formulaciones de detergentes alternativas que mejoren la recuperación de plata. También muestran que la tecnología de intercambio iónico puede recuperar trazas de plata del agua de lavado que contiene altos niveles de detergente.

El futuro del tratamiento de aguas residuales

Hoy en día, las aguas residuales se recolectan de múltiples fuentes, como hogares y negocios, y canalizado a largas distancias hasta plantas centralizadas de tratamiento de aguas residuales. Pero la creciente evidencia muestra que estas instalaciones están mal equipadas para mantener los contaminantes recientemente identificados fuera del medio ambiente, ya que utilizan un esquema de tratamiento común para muchas corrientes de desechos diferentes.

Creemos que el futuro está en sistemas descentralizados que puedan tratar diferentes tipos de aguas residuales con tecnologías específicas diseñadas específicamente para los materiales que contienen. Si las aguas residuales de las lavanderías contienen diferentes contaminantes que las aguas residuales de los restaurantes, ¿Por qué tratarlos de la misma manera?

Nuestro enfoque es tanto más eficiente como más eficaz para abordar nuevos problemas ambientales, potencialmente a través de un paso tan simple como instalar un cartucho de tratamiento de agua especializado en su lavadora.