En noviembre de 2015, Brasil experimentó un desastre medioambiental incomparable. Cuando dos represas se rompieron en una mina de mineral de hierro, un cóctel venenoso de metales pesados fue enviado al Río Doce, llegando al Atlántico unos días después. Las consecuencias fueron devastadoras para la naturalezay humanos por igual: innumerables peces, pájaros y animales murieron, y un cuarto de millón de personas quedaron sin agua potable.
Este caso demuestra que la contaminación del agua es uno de los problemas globales más graves de la actualidad. No se ha encontrado una solución técnica satisfactoria para el tratamiento del agua contaminada con metales pesados o sustancias radiactivas. Los métodos existentes utilizados para eliminar el agua de los metales pesados, por ejemplo,tienen varias desventajas: o están demasiado dirigidos a un elemento específico o su capacidad de filtro es demasiado pequeña; además, a menudo son demasiado caros.
filtración efectiva de metales pesados
Ahora, es posible que se haya encontrado una solución en un nuevo tipo de membrana de filtro híbrida desarrollada en el laboratorio de Raffaele Mezzenga, profesor de alimentos y materiales blandos en ETH Zurich. Esta tecnología no solo tiene una estructura extremadamente simple, sino que también comprende- materias primas costosas, como las fibras de proteína de suero y el carbón activado. Los iones de metales pesados se pueden eliminar casi por completo del agua en un solo paso a través de la membrana del filtro.
"El proyecto es una de las cosas más importantes que podría haber hecho", dice Mezzenga, entusiasmado con el nuevo desarrollo. Él y su investigador Sreenath Bolisetty fueron las únicas personas que trabajaron en él, y su publicación acaba de aparecer enel periódico Nanotecnología de la naturaleza .
se requiere suero y carbón activado
En el corazón del sistema de filtración hay un nuevo tipo de membrana híbrida compuesta de carbón activado y fibras de proteína de suero rígidas y duras. Los dos componentes son baratos de obtener y simples de producir.
En primer lugar, las proteínas del suero se desnaturalizan, lo que hace que se estiren y finalmente se unan en forma de fibrillas amiloides. Junto con el carbón activado que también está contenido en tabletas de carbón médico, estas fibras se aplican a unmaterial de sustrato adecuado, como un papel de filtro de celulosa. El contenido de carbono es del 98%, con solo un 2% compuesto por la proteína.
Recuperación de oro gracias a la membrana del filtro
Esta membrana híbrida absorbe varios metales pesados de una manera no específica, incluidos elementos industrialmente relevantes, como plomo, mercurio, oro y paladio. Sin embargo, también absorbe sustancias radiactivas, como uranio o fósforo-32, que son relevantesen desechos nucleares o ciertas terapias contra el cáncer, respectivamente.
Además, la membrana elimina los cianuros metálicos altamente tóxicos del agua. Esta clase de materiales incluye el cianuro de oro, que se usa comúnmente en la industria electrónica para producir pistas de conductores en placas de circuito. La membrana proporciona una forma sencilla de filtrar y recuperar eloro, por lo tanto, el sistema de filtro podría algún día desempeñar un papel importante en el reciclaje del oro. "El beneficio generado por el oro recuperado es más de 200 veces el costo de la membrana híbrida", dice Mezzenga.
El proceso de filtración es extremadamente simple: el agua contaminada se aspira a través de la membrana al vacío. "Se podría producir un vacío suficientemente fuerte con una bomba manual simple", dice Mezzenga, "que permitiría que el sistema funcione sin electricidad".Además, el sistema es casi infinitamente escalable, lo que permite que incluso grandes volúmenes de agua se filtren de manera rentable.
A medida que se extraen a través del filtro, las sustancias tóxicas se "adhieren" principalmente a las fibras de proteínas, que tienen numerosos sitios de unión donde los iones metálicos individuales pueden acoplarse. Sin embargo, la gran superficie del carbón activado también puede absorber grandes cantidades detoxinas, lo que permite retrasar los límites de saturación de las membranas. Además, las fibras de proteínas le otorgan resistencia mecánica a la membrana y a altas temperaturas permiten que los iones atrapados se conviertan químicamente en valiosas nanopartículas metálicas.
capacidad de absorción sin igual
Mezzenga está entusiasmado con la capacidad del filtro de la membrana híbrida: en las pruebas con cloruro de mercurio, por ejemplo, la concentración de mercurio presente en el filtrado se redujo en más del 99.5%. La eficiencia fue aún mayor con un compuesto tóxico de cianuro de oro y potasio, donde 99.98El% del compuesto estaba unido a la membrana, o con sales de plomo, donde la eficiencia era mayor al 99.97%. Y con uranio radiactivo, el 99.4% de la concentración original estaba unida durante la filtración. "Logramos estos altos valores en un solopase ", enfatiza Bolisetty, coautor de la invención.
Incluso en múltiples pasadas, la membrana híbrida filtra sustancias tóxicas con un alto grado de confiabilidad. Aunque la concentración de mercurio en el filtrado aumentó en un factor de 10 de 0.4 ppm partes por millón a 4.2 ppm después de 10 pasadas, lala cantidad de proteína utilizada fue extremadamente baja. Para filtrar medio litro de agua contaminada, los investigadores utilizaron una membrana que pesaba solo una décima parte de un gramo, de los cuales el siete por ciento en peso estaba compuesto de fibras de proteína ". Un kilo de proteína de suero"Sería suficiente para purificar 90,000 litros de agua, más que la cantidad de agua necesaria en la vida humana", dice el profesor de ETH. Esto también implica que la eficiencia puede incrementarse aún más a los requisitos deseables, simplemente aumentando la proteína.contenido en la membrana, agrega, enfatizando la flexibilidad de este nuevo enfoque.
potencial prometedor
Mezzenga confía en que su tecnología llegará al mercado. "Existen numerosas aplicaciones para ello, y el agua es uno de los problemas más acuciantes que enfrentamos hoy", dice a la luz del torrente de lodo experimentado en BrasilEl profesor de ETH ha patentado su tecnología y fue nominado en marzo de este año para el Premio Spark de ETH Zurich. Sin embargo, debido a que la publicación científica tuvo que someterse a un proceso de revisión de nueve meses, solo ahora Bolisetty y Mezzenga pueden hacer público su descubrimiento.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Original escrito por Peter Rüegg. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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