Los filtros de membrana no requieren mucha energía para purificar el agua, lo que los hace populares para el tratamiento de aguas residuales. Para mantener estos materiales en óptimas condiciones, normalmente se limpian con grandes cantidades de productos químicos fuertes, pero algunos de estos agentes destruyen las membranas en el proceso. Ahora, los investigadores informan en ACS Applied Materials &Interfaces han desarrollado catalizadores de nanopartículas reutilizables que incorporan glucosa para ayudar a descomponer de manera eficiente los contaminantes dentro de estos filtros sin dañarlos.

Por lo general, los filtros de aguas residuales sucios se destapan con ácidos, bases u oxidantes fuertes. Los oxidantes que contienen cloro, como la lejía, pueden descomponer los desechos orgánicos más persistentes. Pero también dañan las membranas de poliamida, que se encuentran en la mayoría de los sistemas comerciales de nanofiltración, y producen subproductos tóxicos. Una alternativa más suave a la lejía es el peróxido de hidrógeno, pero descompone los contaminantes lentamente.

Anteriormente, los científicos combinaron peróxido de hidrógeno con óxido de hierro para formar radicales hidroxilo que mejoran la eficiencia del peróxido de hidrógeno en un proceso conocido como reacción de Fenton. Sin embargo, para que la reacción de Fenton limpie los filtros, se necesitan peróxido de hidrógeno y ácido adicionales, lo que aumenta los costos financieros y ambientales. Una forma de evitar estos químicos adicionales es usar la enzima glucosa oxidasa, que forma simultáneamente peróxido de hidrógeno y ácido glucónico a partir de glucosa y oxígeno. Entonces, Jianquan Luo y sus colegas querían combinar glucosa oxidasa y nanopartículas de óxido de hierro en un sistema que catalice la descomposición de contaminantes basada en Fenton, creando un sistema de limpieza eficiente y delicado para filtros de membrana.

En primer lugar, los investigadores compararon la eliminación de contaminantes orgánicos de los filtros de poliamida mediante la enzima glucosa oxidasa y las nanopartículas de óxido de hierro con otros métodos de limpieza, incluida la reacción tradicional de Fenton. Descubrieron que este enfoque era superior para descomponer los contaminantes comunes bisfenol A y azul de metileno, al mismo tiempo que preservaba más la estructura de la membrana.

Alentados por sus resultados iniciales, el equipo combinó la glucosa oxidasa y el óxido de hierro en una sola nanopartícula, conectándolos con un puente amino.

Finalmente, probaron la capacidad de la nueva nanopartícula para limpiar membranas de nanofiltración empapadas de azul de metileno, que ensuciaron y limpiaron durante tres ciclos. Después de cada ciclo de limpieza, las nanopartículas se recuperaron con un imán y se reutilizaron con glucosa fresca para activar el catalizador. Las nanopartículas fueron muy eficaces en la limpieza de las membranas, devolviéndolas al 94 % de su capacidad inicial de filtración de agua. Debido a que las nanopartículas no requieren químicos fuertes y son fácilmente recuperables, los investigadores dicen que su nuevo sistema es un enfoque "más verde" y más rentable para limpiar las membranas de nanofiltración. + Explora más

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