Una nueva tecnología permite eliminar PFAS ultracortos y largos en un solo proceso. Investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, en un estudio publicado en Nature Communications (2024), desarrollaron un método electroquímico capaz de eliminar perfluoroalquiladas (PFAS) de cualquier longitud de cadena en un único proceso. Estas sustancias, presentes en la industria de semiconductores, textiles o recubrimientos, son difíciles de eliminar debido a su estabilidad química. El nuevo sistema combina nanofiltración y electrosorción, logrando eliminar tanto PFAS ultracortas como de cadena larga con una eficiencia sin precedentes. Este enfoque ofrece una alternativa viable para plantas de tratamiento y entornos industriales que enfrentan límites regulatorios cada vez más estrictos.
INDICE
Desafíos técnicos en la eliminación de PFAS en aguas industriales
Los PFAS suponen un reto de ingeniería global. Su diversidad estructural, desde cadenas ultracortas (C₂) hasta largas (C₈), complica los procesos de separación convencionales. Estos compuestos, utilizados en productos industriales y domésticos, son altamente resistentes a la degradación química y térmica. Según el estudio de Nature Communications, los PFAS ultracortos pueden alcanzar concentraciones de hasta 140 ppb en ríos y 206 ppb en efluentes de depuradoras. Su pequeño tamaño y alta movilidad los hacen difíciles de eliminar mediante filtración, adsorción o intercambio iónico. Por ello, el desarrollo de soluciones electroquímicas integradas se ha convertido en una prioridad en ingeniería ambiental.
Las tecnologías clásicas resultan insuficientes ante PFAS ultracortos. Procesos como la ósmosis inversa o la adsorción con carbón activo presentan limitaciones significativas frente a moléculas hidrofílicas. Los PFAS más pequeños se comportan de forma similar a los iones de sales, atravesando las membranas convencionales. Esta similitud físico-química ha motivado la búsqueda de alternativas basadas en migración iónica controlada. Frente a este contexto, la Universidad de Illinois diseñó un sistema redox-electrodialítico que combina desalación y eliminación simultánea de PFAS, reduciendo complejidad operativa y consumo energético.
Innovación electroquímica para eliminar PFAS ultracortos que escapan a los métodos convencionales
Cómo funciona el proceso redox-electrodialítico para eliminar PFAS
El sistema combina migración iónica y adsorción selectiva. El nuevo dispositivo utiliza membranas de nanofiltración de celulosa con un corte molecular de 1 kDa, reemplazando las costosas membranas de intercambio aniónico. En este entorno, los PFAS de cadena corta migran impulsados por un campo eléctrico, mientras los de cadena larga son adsorbidos por electrodos de carbono. El proceso se realiza dentro de un circuito electroquímico reversible, en el que un polímero redox soluble facilita el transporte de electrones sin ensuciar la membrana. Este diseño elimina el ensuciamiento típico de los sistemas tradicionales y mejora la durabilidad operativa.
El resultado es una eliminación integral de contaminantes. En las pruebas experimentales, el sistema logró eliminar alrededor del 90 % de los PFAS de todas las longitudes de cadena. Además, redujo la conductividad del agua en un 82 %, alcanzando valores inferiores a 500 µS cm⁻¹, compatibles con agua potable. Los investigadores destacaron que la energía consumida osciló entre 0,27 y 0,34 kJ mmol⁻¹ de mezcla NaCl+PFAS, mostrando alta eficiencia incluso con concentraciones salinas 10 000 veces mayores que las de PFAS. Según los autores del estudio, este proceso intensifica la separación al integrar migración, adsorción y oxidación electroquímica en un solo ciclo.
El sistema elimina hasta el 90 % de PFAS y reduce la conductividad del agua con alta eficiencia energética
Eliminación y desfluoración de PFAS: resultados experimentales del proceso electroquímico
El sistema no solo captura, también destruye los PFAS. Una vez concentrados, los contaminantes son sometidos a oxidación electroquímica que rompe los enlaces carbono-flúor, responsables de su persistencia ambiental. Este paso de desfluoración convierte los PFAS en iones fluoruro, reduciendo su toxicidad. Los resultados del estudio muestran tasas de defluoración del 76 % al 100 %, según la longitud de cadena y el modo de captura. En particular, el ácido trifluoroacético (TFA, C₂) y el perfluoropropanoico (C₃) se degradaron completamente en seis horas, mientras los de cadena larga requirieron hasta ocho.
La eficiencia se mantiene incluso en aguas residuales reales. Los ensayos con efluentes secundarios de depuradora mostraron eliminaciones del 82 % para TFA y del 84 % para PFPrA, cifras comparables a las obtenidas en aguas sintéticas. Además, el sistema desalinizó simultáneamente entre el 61 % y el 88 % de los aniones presentes. Esta dualidad permite tratar aguas con alto contenido salino sin comprometer el rendimiento. El trabajo publicado en Nature Communications confirma que el uso de polímeros redox solubles y membranas económicas puede reducir significativamente los costes de operación en plantas industriales.
Alta eficacia en aguas residuales reales, con eliminación de PFAS y desalación simultánea sin pérdida de rendimiento
Aplicaciones industriales y ventajas del tratamiento electroquímico de PFAS
El proceso abre nuevas posibilidades de diseño modular. Su funcionamiento electroquímico lo hace escalable mediante la adición de módulos de membranas y electrodos, permitiendo adaptar la capacidad al caudal o carga contaminante. A diferencia de los métodos basados en presión o adsorbentes desechables, este sistema no genera residuos sólidos y puede reutilizar sus componentes. La estabilidad de los polímeros redox se ha mantenido tras 72 horas de operación continua, sin pérdida de eficiencia. Esta característica resulta clave para aplicaciones industriales que demandan fiabilidad a largo plazo.
La eliminación integrada reduce energía y complejidad operativa. Al combinar desalación y eliminación de PFAS, se evita el uso de múltiples etapas de tratamiento. La recuperación del polímero redox mediante diálisis permite reutilizarlo sin alteraciones químicas, aumentando la viabilidad económica del proceso. Los investigadores de Illinois Urbana-Champaign prevén su adaptación a flujos de aguas residuales industriales, especialmente en sectores donde se usan compuestos fluorados, como semiconductores, galvanotecnia o textil técnico. Su integración con técnicas fotoelectroquímicas o de plasma podría potenciar aún más la degradación final de residuos fluorados.
Tratamiento unificado que reduce energía, simplifica procesos y permite reutilizar materiales en entornos industriales complejos
Conclusión
Una nueva vía para el tratamiento sostenible de PFAS. El sistema redox-electrodialítico propuesto representa un cambio de paradigma en la eliminación de PFAS en aguas industriales. Al combinar migración, adsorción y oxidación en una sola etapa, logra una eficiencia global del 90 % sin ensuciamiento de membranas. Su bajo consumo energético y materiales asequibles lo hacen viable para futuras aplicaciones a escala real. Para el sector del tratamiento de aguas, esta innovación ofrece una solución electroquímica compacta, escalable y ambientalmente responsable, alineada con las exigencias de sostenibilidad y control de contaminantes emergentes.
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