agua

Crédito: Pixabay/CC0 Dominio Público

El platino ha establecido un nuevo «estándar de oro» en la joyería, y ahora está a punto de elevar la calidad de su agua.

A medida que el tratamiento de las aguas residuales para su reutilización potable se convierte en una opción más viable y popular para hacer frente a la escasez de agua, se plantea la cuestión de qué subproductos nocivos pueden formarse en el tratamiento y cómo abordarlos. Se sabe que un grupo de estas sustancias químicas, los aldehídos, persisten obstinadamente durante el tratamiento. Tóxicos para el ser humano, los aldehídos encabezarán la lista de subproductos regulados en las próximas normativas de reutilización, según los investigadores de la USC, y requerirán una metodología sostenible para ser eliminados de nuestra agua potable.

En una investigación publicada en Environmental Science & Technology, los investigadores de la Escuela de Ingeniería Viterbi de la USC introducen el platino para ayudar a limpiar incluso las toxinas más resistentes de las aguas residuales. El platino, el mismo metal que se utiliza en los convertidores catalíticos para limpiar los contaminantes del aire en los tubos de escape de los coches, puede servir de catalizador, dijo Dan McCurry, profesor adjunto de ingeniería civil y medioambiental, acelerando la oxidación para transformar los aldehídos, antes tóxicos, en ácidos carboxílicos inofensivos.

Según McCurry, cuando se reciclan las aguas residuales, el agua resultante es «muy pura, pero no al cien por cien. Todavía hay una pequeña cantidad de carbono orgánico detectable y estos átomos de carbono podrían estar unidos a moléculas que son muy tóxicas o completamente inocentes.» Esto ha dejado perpleja a la gente durante años, dijo, sobre todo porque el carbono es capaz de atravesar muchas capas de tratamiento y barreras.

Un estudio realizado por el investigador de la Universidad de Berkeley David Sedlak reveló que «entre un tercio y la mitad» de estas moléculas están presentes en forma de aldehídos, dijo McCurry. Los aldehídos son compuestos químicos caracterizados por un átomo de carbono que comparte un doble enlace con un átomo de oxígeno, un enlace simple con un átomo de hidrógeno y un enlace simple con otro átomo o grupo de átomos. Además, suelen ser tóxicos para el ser humano, lo que significa que su consumo a largo plazo podría provocar una serie de enfermedades crónicas y potencialmente mortales, como el cáncer.

La oxidación catalítica de los contaminantes orgánicos en el agua, sin electroquímica, adición de productos químicos oxidantes que acepten electrones o fotoquímica, no se ha demostrado de forma sostenible hasta la fecha, dijo McCurry. Hasta ahora.

Una solución para un problema próximo

McCurry recuerda que aprendió sobre los oxidantes utilizados para sintetizar moléculas en un curso de química orgánica que tomó cuando era estudiante de posgrado en la Universidad de Stanford. «El profesor repasaba una lista de oxidantes utilizados por los químicos sintéticos y me llamó la atención el catalizador de platino. No sólo es uno de los pocos oxidantes que no es tóxico, sino que puede utilizar el oxígeno del agua para catalizar una reacción abióticamente (sin el uso de microbios).»

«Fue realmente emocionante para mí», dijo McCurry, «porque siempre ha sido frustrante en el tratamiento del agua que el agua está llena de oxígeno, pero realmente no hace nada».

Hay unos ocho miligramos por litro de oxígeno disuelto en el agua, dijo McCurry. Aunque es un potente oxidante desde una perspectiva termodinámica, dijo McCurry, la reacción es lenta. Con el platino, el proceso se acelera. Durante un tiempo, McCurry y su equipo de investigadores utilizaron el platino para oxidar diferentes productos farmacéuticos a modo de experimentación.

«Sabíamos que podíamos oxidar ciertas cosas, pero no teníamos una aplicación clara en mente para este catalizador», dijo McCurry. En última instancia, su esperanza era encontrar una aplicación impactante para su trabajo. Finalmente, tras un año de experimentación, la idea se le ocurrió mientras volvía a casa en bicicleta desde el campus de Stanford. «¿Y si pudiéramos utilizar el platino en el tratamiento del agua para oxidar los contaminantes? «Ocurriría esencialmente de forma gratuita, y como el oxígeno ya está en el agua, es lo más parecido a una oxidación sin productos químicos».

McCurry reconoce que el platino es caro, pero también señala que el coste, como el del catalizador de un coche, es relativo. «Su coche tiene probablemente entre uno y 10 gramos de platino. La cantidad no es trivial. Si es lo suficientemente barato como para ponerlo en un Honda Civic, probablemente sea lo suficientemente barato como para ponerlo en una planta de tratamiento de agua», dijo McCurry.

El avance, dijo McCurry, no es tan relevante para la mayoría de las plantas de reutilización de agua existentes, ya que muchas de ellas favorecen la «reutilización potable indirecta». En este caso, una vez completados todos los procesos de tratamiento y reciclaje del agua, ésta se bombea de nuevo al subsuelo, por lo que básicamente están creando nuevas aguas subterráneas. «Una vez que están en el suelo, es probable que algún microbio se coma los aldehídos y el agua se limpie así», dijo.

«Pero cada vez se habla más de la reutilización potable directa», dijo, «en la que hablamos de un bucle de agua cerrado en el que el agua va de la planta de tratamiento de aguas residuales a la planta de reutilización y luego a una planta de agua potable o directamente al sistema de distribución en los hogares y las empresas.»

En estos casos, los aldehídos podrían llegar a los consumidores, dijo McCurry. Aunque actualmente no están regulados, McCurry sospecha que la presencia de aldehídos en las aguas residuales recicladas pronto atraerá la atención de los reguladores. «Este es el problema para el que no nos dimos cuenta de que teníamos una solución, pero ahora sabemos que este catalizador, que habíamos estado utilizando para oxidar productos farmacéuticos al azar por diversión, funciona muy bien en la oxidación de aldehídos, y permitiría que el agua de reutilización potable directa cumpliera las futuras directrices reglamentarias y las normas de seguridad», dijo.

El equipo realizó un experimento preliminar utilizando el platino en reactores discontinuos en unos pocos galones de agua. Los experimentos fueron exitosos, pero McCurry dice que para que esto se ponga de moda a nivel de producción en masa, sería necesario realizar investigaciones adicionales sobre el tiempo que el catalizador permanece activo. El equipo también está estudiando cómo regenerar el catalizador. McCurry dice que también será importante probar el sistema con agua más sucia, que puede ensuciar el catalizador y hacerlo menos eficaz.

El proceso, para el que el equipo tiene una patente pendiente, tratará de ser más sostenible que los métodos alternativos que podrían requerir la introducción de productos químicos y energía adicionales, dijo McCurry.


Los investigadores identifican la molécula responsable de un potente carcinógeno encontrado en las aguas residuales recicladas


Más información:
Euna Kim et al, ¿De la nada? Catalytic Oxidation of Trace Aqueous Aldehydes with Ambient Dissolved Oxygen, Environmental Science & Technology (2022). DOI: 10.1021/acs.est.2c00192

Proporcionado por
Universidad del Sur de California

Cita:
El platino: Un catalizador no tóxico para obtener agua limpia y reutilizable (2022, 15 de junio)
recuperado el 15 de junio de 2022
en https://phys.org/news/2022-06-platinum-non-toxic-catalyst-re-usable.html

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