Una espuma de grafeno para la eliminación de metales pesados del agua. Este es el objeto del estudio que ha realizado un equipo de investigadores del Massachusetts Institute Technology. La investigación, ha dado como resultado una espuma compuesta por grafeno. La esponja, permite la supresión de uranio, además de otros metales pesados que pudieran estar presentes en el agua.
Existen contaminantes que no se aprecian a simple vista pero suponen un potencial riesgo. Es habitual concebir la contaminación como aquellos elementos que se pueden observar en un fluido. Por ejemplo, algas o plásticos que aparecen en la superficie. Sin embargo, existe otro tipo que no es perceptible a nuestro campo de visión y por consiguiente, resultan aún más peligrosos.
INDICE
El riesgo de la presencia de uranio en el agua de consumo
El riesgo de una posible presencia de uranio en el agua. El uranio es una muestra del riesgo de sustancia inapreciable para el ojo pero que puede llegar a suponer un contaminante. Su presencia en el agua, puede nacer de la filtración producida en los recursos hídricos de la minería. Además, puede tener su origen en los lugares de almacenamiento de residuos nucleares y en los depósitos naturales que se encuentran de forma subterránea.
La presencia de uranio, un peligro real. Como indica Ahmed Sami Helal, en Estados Unidos, diferentes zonas sufren el riesgo de contaminación por uranio. Entre otros lugares, se encuentran los acuíferos High Plains y Central Valley. En este sentido, la profesora de ciencia e ingeniería nuclear, Ju Li, refiere al potencial perjuicio de esta sustancia, incluso en pequeñas concentraciones.
El uranio es potencialmente peligroso, incluso en pequeñas concentraciones
El uranio en el contexto de Estados Unidos. Según refiere la EPA las pruebas realizadas por el Servicio Geológico de los EEUU, se ha hallado niveles insalubres de uranio. Concretamente, se desplazan desde estanques y pozos, hacia acuíferos con origen en las rocas naturales del noreste de Estados Unidos. Los estanques que son el origen de la contaminación, almacenan antiguas armas nucleares, además de actividades mineras.
El riesgo de contaminación amenaza a otros países. La contaminación por uranio, también tiene presencia en otros lugares fuera de las fronteras de Estados Unidos. Existe un amplio número de lugares donde se han identificado una concentración de uranio próximas (en incluso mayores) al límite fijado por la EPA, 30 partes por mil millones. Este volumen de concentración, ha sido relacionado con riesgo de cáncer y cambios neuroconductuales.
El riesgo de contaminación por uranio, es un peligro para diferentes países
Reutilización y efectividad, dos ventajas de la espuma de grafeno
Una esponja de grafeno para suprimir la presencia de uranio. El equipo, dirigido por Ju Li, ha diseñado un método altamente efectivo para eliminar la presencia de esta sustancia del agua. El sistema consiste en la aplicación de una carga eléctrica a la espuma de óxido de grafeno, de esta forma, el uranio pasa a presentarse como un cristal sólido.
Un método reutilizable y altamente efectivo. Los investigadores han identificado que se puede reutilizar la espuma hasta siete veces sin que sus propiedades se vean afectadas. Como indica Li, la efectividad del método permite tratar un gran volumen de agua en apenas unas horas. De esta forma, se puede rebajar la presencia de uranio por debajo del nivel fijado por la Environmental Protection Agency.
La espuma puede ser reutilizada hasta siete veces, sin perder propiedades
Una investigación para la eliminación de contaminación por metales pesados. Como indica Helal, coautor del estudio, el origen del proyecto fue hallar un sistema que permitiera una mejor descontaminación de metales pesados en la minería. Habitualmente, los sistemas empleados en la eliminación de cromo, cadmio, arsénico, plomo, mercurio, radio y uranio, entre otros metales, tienen un elevado coste.
Actualmente, los métodos disponibles no resultan eficientes. Las técnicas empleadas hasta la fecha, son ineficientes por su largo tiempo de operación y la producción, adicional, de lodos tóxicos. Además, resultan especialmente receptivas a los compuestos de tipo orgánico presentes en el agua.
En la actualidad, los métodos disponibles, resultan ineficientes para la eliminación de uranio
La espuma de grafeno, idónea para la atracción de determinadas especies químicas. El mayor reto de la investigación, consistía en lograr la extracción del uranio sin producir residuos tóxicos a consecuencia del proceso. A pesar de que estudios previos habían trabajado con fibra de carbono con carga eléctrica, no resultaban determinantes.
Una experiencia previa al servicio de la investigación
La experimentación previa, fundamental para la investigación. Chao Wang, miembro del equipo, realizó un avance esencial para el estudio, al incorporar su experiencia previa con espuma de grafeno en litio y azufre. Como indica Wang, este material ofrece características apropiadas para la atracción de ciertas especies químicas. De esta experiencia partió la asociación para aplicar la esponja de grafeno sobre el uranio.
La espuma, permite la formación de hidróxido de uranio cristalino. La espuma de grafeno, actúa de forma similar a un imán con capacidad para atraer el uranio. El equipo observó que, con la transmisión de la carga eléctrica, dividiendo el fluido y liberando hidrógeno, el pH se incrementa. Con esto, los iones de uranio eran extraídos del medio. El uranio se adhiere a la espuma, dando lugar a un hidróxido de uranio en forma cristalina.
El sistema diseñado, permite obtener el uranio en forma cristalina
Las ventajas de la espuma son su eficacia y durabilidad. Como refiere Li, en cada aplicación, la esponja puede atrapar un volumen de uranio equivalente a siete veces el peso de la esponja. Se llega a una captación de 4.000 mg por gramo, lo cual es una cantidad elevada en comparación con los métodos habituales. Además, otra ventaja es que la esponja resiste hasta siete ciclos sin perder sus características.
Eficacia también en el agua de mar. Los investigadores han demostrado que el sistema también logra eliminar la presencia de uranio en el agua de mar. Como han observado, permite reducir la concentración de uranio de tres partes por millón a 19,9 ppb. Este dato evidencia que los otros iones presentes, no obstaculizan el proceso.
Los investigadores han demostrado que el sistema es efectivo en agua de mar
La investigación, más allá del tratamiento del uranio
El modelo es una solución económica y eficiente para los hogares. Como refiere Li, el sistema podría ser adaptado a grifos disponibles en el mercado. Algunos grifos existentes, incorporan carbón activado, por lo tanto, sería posible adaptarlos para que, con electricidad a bajo voltaje, permita filtrar uranio.
Una investigación con aplicación a otros metales pesados. Ho Jin Ryu, profesor de ingeniería nuclear, aunque no ha participado en el estudio, ha señalado la gran importancia de los resultados obtenidos. Destaca que, tanto la reutilización de la espuma, como la tecnología de control para el pH local, puede ser aplicada a otros metales pesados. De esta forma, la espuma puede ser aplicada de forma más generalizada.
La tecnología puede tener aplicación en la supresión de otros metales pesados
El futuro de la investigación por ser selectivo ante el metal a suprimir. Los investigadores han iniciado una fase de la investigación donde amplían el alcance inicial. Como señala Li, pueden adaptarse los filtros para que sean selectivos frente a distintos metales pesados como el plomo, mercurio o el cadmio. Asimismo, la investigación permitiría suprimir la posible presencia de metales potencialmente peligrosos.
Un filtro inteligente gracias a la investigación. Una posibilidad de futuro sería el desarrollo de un filtro inteligente, alimentado por electricidad limpia. De esta forma, se iniciaría la acción electrolítica que permitiría la supresión de metales tóxicos. Además, su componente inteligente permitiría señalar la necesidad de sustitución del filtro, garantizando así la calidad del agua.
Un componente inteligente permitiría indicar la necesidad de sustitución del filtro
Conclusión
La seguridad del consumo de agua, parte de un tratamiento efectivo. De forma continua, tanto empresas privadas como centros de investigación públicos, buscan nuevas formas para eliminar las sustancias potencialmente peligrosas del agua. En el caso de la investigación expuesta, concretamente sobre una sustancia que puede ocasionar un gran perjuicio, el uranio.
Continuamente mejoramos para hacer un mundo más sostenible. El desarrollo de investigaciones, nos conduce hacia un nuevo modelo de gestión de recursos. Cada vez más sostenibles, mejoramos la tecnología a través de la innovación para que sea nuestra mejor aliada en busca de la sostenibilidad.
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