Problemática de los medios actuales de limpieza
Catalizadores de nanopartículas para limpiar los filtros de tratamiento de agua residual. Un equipo investigador, ha desarrollado una sistema para limpiar los filtros de una forma más sostenible. En la actualidad, la tarea de limpiar los filtros empleados en el tratamiento de aguas residuales, requiere el empleo de productos químicos.
Los medios convencionales consumen un gran volumen de productos químicos. Además, algunos de estos productos pueden resultar agresivos y dañar la membrana durante el proceso de limpieza. De esta forma, las membranas pueden acabar siendo destruidas por la presencia de determinados agentes químicos.
Los productos químicos pueden dañar la membrana durante la limpieza
Catalizadores reutilizables, alternativa para una limpieza menos agresiva. El equipo investigador, ha diseñado un tipo de catalizador de nanopartículas reutilizables. Este dispositivo utiliza glucosa para lograr una descomposición eficiente de los contaminantes que pudieran encontrarse en los filtros. Como resultado, realiza una operación que reduce el daño a la membrana.
El papel de la reacción de Fenton en la investigación
La utilización de distintos químicos, es perjudicial para las membranas. Para la limpieza de filtros, es habitual emplear productos compuestos por ácidos, bases u oxidantes fuertes. En el caso de los oxidantes, algunos como la lejía, portan cloro. El contener cloro aumenta su capacidad para la descomposición de orgánicos. A pesar de este incremento de su eficiencia, el cloro también daña las membranas de poliamida, que son habituales en sistemas de nanofiltración.
El empleo de productos sustitutivos, resta eficiencia. Como alternativa a la lejía, se ha empleado el peróxido de hidrógeno, sin embargo, su utilización resta capacidad de descomposición de contaminantes. De igual forma, se empleó lo que se conoce como reacción de Fenton, es decir, unir peróxido de hidrógeno con óxido de hierro. Con esta unión se obtienen radicales hidroxilo que incrementan la eficiencia del proceso, pero resulta costoso.
La reacción de fenton incrementa la eficacia dea solución alternativa pero resulta costosa
La reacción de Fenton repercute en los costes asociados al proceso de limpieza. De igual modo, tiene consecuencias medioambientales. Por ello, se ha identificado que la enzima glucosa oxidasa, puede ser una forma de evitar el empleo de químicos de forma accesoria. Esta enzima da lugar a peróxido de hidrógeno y ácido glucónico a la vez, partiendo de glucosa y oxígeno.
Un catalizador para que ofrezca eficiencia y preserve la integridad de la membrana. El equipo investigador, al que pertenece Jianquan Luo, tuvo presente el lograr una combinación de glucosa oxidasa y nanopartículas de hierro. Esta unión se plasma en un dispositivo que se encarga de catalizar la descomposición de contaminantes, todo ello fundamentado en la reacción de Fenton.
El catalizador propuesto, ofrece eficiencia a la vez que no daña la membrana
Una nanopartícula de glucosa y óxido de hierro
Los investigadores observaron la capacidad del sistema para descomponer. Para ello, realizaron una estimación comparativa de eliminación de contaminación orgánica. En esta fase se utilizaron filtros de poliamida a través de la enzima glucosa oxidasa y nanopartículas de óxido de hierro, frente a otros sistemas. A la luz de la experimentación, se apreció cómo el diseño propuesto logra mantener la membrana, mientras ofrece una mayor capacidad de eliminación de contaminantes orgánicos.
El siguiente paso fue combinar glucosa y óxido de hierro en una única nanopartícula. Ante los positivos datos recogidos en un primer momento, los investigadores optaron por experimentar con una única nanopartícula. Fue puesta a prueba en una operación de limpieza de membranas de ultrafiltración, humedecidas de azul de metileno.
La experimentación se llevó a cabo sobre membranas humedecidas de azul de metileno
Las nanopartículas pudieron ser recuperadas con un imán. Ante la prueba realizada sobre membranas humedecidas en azul de metileno, se ensuciaron y trataron a lo largo de tres ciclos. Tras cada ciclo, con un imán fueron recuperadas las nanopartículas, las cuales fueron nuevamente utilizadas. Para volver a ser utilizadas, se usó glucosa fresca que permitió activar el catalizador.
Se obtuvo una gran eficacia del proceso de limpieza. Con el uso de nanopartículas, se alcanzó hasta el 94% de la capacidad que, de forma inicial, ofrecían las membranas. Al no necesitar químicos agresivos y gracias a su capacidad de recuperación, este diseño puede ser una fórmula verde para limpiar membranas de ultrafiltración. Además, permite ahorrar en costes asociados a la operación de limpieza.
Tras el proceso de limpieza diseñado, las membranas recuperaron el 94% de su capacidad inicial
Conclusión
El futuro conduce a nuevas formas más eficientes de gestión de recursos. Como vemos, las líneas de trabajo hacia nuevas tecnologías, no solo nos permite ser más eficientes si no también, reducir costes. Lograr un tratamiento que reduzca el daño a las membranas de ultrafiltración durante su limpieza, es una fórmula excelente para ahorrar en costes y ganar en eficiencia.
