Los científicos de la Universidad de Rice están desarrollando tecnología para eliminar contaminantes del agua, pero solo la cantidad necesaria.
El laboratorio de Rice del ingeniero Qilin Li está construyendo un sistema de tratamiento que puede ajustarse para extraer selectivamente las toxinas del agua potable y las aguas residuales de las fábricas, sistemas de alcantarillado y pozos de petróleo y gas. Los investigadores dijeron que su tecnología reducirá los costos y ahorrará energía en comparacióna sistemas convencionales.
"Los métodos tradicionales para eliminar todo, como la ósmosis inversa, son caros e intensivos en energía", dijo Li, el científico principal y coautor de un estudio sobre la nueva tecnología en la revista American Chemical Society Ciencia y tecnología ambiental . "Si descubrimos una forma de pescar estos componentes menores, podemos ahorrar mucha energía".
El corazón del sistema de Rice es un conjunto de electrodos compuestos novedosos que permiten la desionización capacitiva. Los electrodos porosos cargados extraen selectivamente los iones objetivo de los fluidos que pasan por el sistema tipo laberinto. Cuando los poros se llenan de toxinas, los electrodos pueden serlimpiado, restaurado a su capacidad original y reutilizado.
"Esto es parte de un amplio alcance de la investigación para descubrir formas de eliminar selectivamente los contaminantes iónicos", dijo Li, profesor de ingeniería civil y ambiental y de ciencia de materiales y nanoingeniería. "Hay muchos iones en el agua.No todo es tóxico. Por ejemplo, el cloruro de sodio sal es perfectamente benigno. No tenemos que eliminarlo a menos que la concentración sea demasiado alta.
"Para muchas aplicaciones, podemos dejar iones no peligrosos, pero hay ciertos iones que necesitamos eliminar", dijo. "Por ejemplo, en algunos pozos de agua potable, hay arsénico. En nuestras tuberías de agua potable,podría haber plomo o cobre. Y en aplicaciones industriales, hay iones de calcio y sulfato que forman incrustaciones, una acumulación de depósitos minerales que ensucian y obstruyen las tuberías ".
El sistema de prueba de principal desarrollado por el equipo de Li eliminó los iones sulfato, un mineral formador de escamas que puede dar al agua un sabor amargo y actuar como un laxante. Los electrodos del sistema estaban recubiertos con carbón activado, que a su vez estaba recubierto poruna delgada película de pequeñas partículas de resina unidas por alcohol polivinílico cuaternizado. Cuando el agua contaminada con sulfato fluía a través de un canal entre los electrodos cargados, los iones de sulfato eran atraídos por los electrodos, atravesaban el revestimiento de resina y se adherían al carbón.
Las pruebas en el laboratorio de Rice mostraron que el recubrimiento cargado positivamente en el cátodo capturó preferentemente iones de sulfato sobre sal en una proporción de más de 20 a 1.
Los electrodos retuvieron sus propiedades durante 50 ciclos. "Pero, de hecho, en el laboratorio, hemos ejecutado el sistema durante varios cientos de ciclos y no veo ninguna rotura o descamación del material", dijo Kuichang Zuo, líderautor del artículo e investigador postdoctoral en el laboratorio de Li. "Es muy robusto".
Li dijo que el sistema está diseñado para funcionar con los sistemas comerciales actuales de tratamiento de agua. "El verdadero mérito de este trabajo no es que pudiéramos eliminar selectivamente el sulfato, porque hay muchos otros contaminantes que quizás sean más importantes", dijo."El mérito es que desarrollamos una plataforma tecnológica que podemos usar para atacar otros contaminantes también variando la composición del recubrimiento del electrodo".
El equipo de Rice está desarrollando recubrimientos para otros contaminantes y está trabajando con laboratorios de la Universidad de Texas en El Paso y la Universidad Estatal de Arizona en sistemas de prueba a gran escala. Zuo dijo que también debería ser posible reducir los sistemas para el agua en el hogarpurificación.
Los estudiantes graduados de Rice, Jun Kim y Amit Jain, son coautores principales del artículo. Los coautores incluyen a Tianxiao Wang, un estudiante graduado de Rice; Rafael Verduzco, profesor asociado de ingeniería química y biomolecular y de ciencia de materiales y nanoingeniería; y MingceLong, profesor asociado en la Universidad Jiao Tong de Shanghai, en China.
La investigación fue apoyada por el Centro de Tratamiento de Agua con Nanotecnología, con sede en Rice, respaldado por la Fundación Nacional de Ciencias, la Fundación Welch y la Fundación Municipal de Cooperación Internacional de Shanghai.
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Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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