Empresas Premium
.jpg){kind=logo}
Una investigación liderada por la Universidad Estatal de Arizona (EE.UU) desarrolla una tecnología capaz de capturar y degradar sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS) mediante una membrana recubierta de nanopartículas de paladio.
El sistema eliminó más del 90 % de seis compuestos estudiados durante una prueba continua de 58 días, aunque todavía necesita avances de ingeniería para facilitar su aplicación industrial.
Las denominadas ´sustancias químicas eternas´ constituyen uno de los principales desafíos para el tratamiento de aguas contaminadas debido a su elevada persistencia ambiental. Frente a las tecnologías convencionales, que separan los PFAS del agua y generan residuos concentrados que requieren una gestión posterior, la nueva propuesta busca capturar y destruir los contaminantes en un mismo proceso.
El equipo investigador, encabezado por Bruce Rittmann, director del Biodesign Swette Center for Environmental Biotechnology, ha diseñado una membrana que incorpora nanopartículas de paladio capaces de activar el hidrógeno gaseoso y facilitar la ruptura de los enlaces carbono-flúor, responsables de la extraordinaria estabilidad química de los PFAS.
El estudio cuenta con la colaboración de investigadores de la Universidad Rice (Texas), la Universidad de Tongji y la Universidad de Nanjing (China), y la Universidad Nacional de Singapur. Sus resultados se han publicado en la revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
"Los PFAS son difíciles de descomponer, y los procesos habituales que utilizamos no funcionan", afirmó Bruce Rittmann, quien dirigió el estudio. La dificultad radica en la estructura molecular de estos compuestos. En muchos PFAS, los átomos de flúor rodean la cadena de carbono y la protegen frente a los mecanismos habituales de degradación biológica y química. "Se considera el enlace más fuerte de la química orgánica", afirmó Rittmann.
Para superar esta barrera, los investigadores recubrieron fibras de membrana con nanopartículas de paladio e introdujeron hidrógeno gaseoso a través de ellas. El paladio actúa como catalizador, dividiendo las moléculas de hidrógeno en átomos reactivos que pueden intervenir en la ruptura de los enlaces carbono-flúor. "Realmente no hay ningún punto por donde empezar a descomponerla", señaló Rittmann, en referencia a la dificultad de degradar la estructura molecular de estos contaminantes.
Uno de los aspectos más relevantes del trabajo es que la tecnología se ha probado con seis PFAS que suscitan preocupación desde el punto de vista normativo. "Demostramos que este mecanismo funcionaba con los seis", afirmó Rittmann. "Es un mecanismo universal".
La membrana combina dos funciones: atrae las moléculas contaminantes hacia la superficie del catalizador y suministra hidrógeno reactivo desde el interior de la propia estructura. Este mecanismo permite que la captura y la degradación química se produzcan de forma conjunta, en lugar de limitarse a retener las sustancias en un filtro. "El paladio atrae a la molécula de PFAS, y el paladio atrae al hidrógeno y los une", explicó Rittmann.
Durante una prueba continua de 58 días, el sistema trató agua que contenía una mezcla de seis PFAS. Los resultados mostraron que eliminó más del 90 % de cada uno de los seis compuestos y aproximadamente el 83 % del flúor total. Estos datos indican que el proceso no se limita a separar los contaminantes, sino que también promueve su transformación química.
La contaminación por PFAS afecta a aguas subterráneas, aguas residuales y suelos. Su presencia se ha detectado especialmente en entornos próximos a instalaciones de tratamiento de aguas residuales, vertederos, aeropuertos y bases militares donde se han utilizado espumas contra incendios que contienen estos compuestos.
Además, pueden incorporarse a los cultivos y acumularse en peces, ganado y fauna silvestre, favoreciendo su entrada en la cadena alimentaria. "Todos tenemos PFAS en nuestro organismo", señaló Rittmann. "Permanecen en el medio ambiente. Se acumulan a lo largo de la cadena alimentaria, por lo que constituyen un grave problema de legado".
Pese a los resultados obtenidos, la aplicación práctica de esta tecnología todavía requiere trabajo adicional de ingeniería. Uno de los principales obstáculos es el coste del paladio, por lo que el equipo está investigando cómo reducir la cantidad necesaria para mantener la eficacia del proceso. "El paladio es caro", señaló. "Cuesta alrededor de 50 000 dólares el kilogramo".
A corto plazo, la tecnología podría complementar los sistemas convencionales de tratamiento: estos concentrarían los PFAS procedentes de grandes volúmenes de agua en una corriente residual más pequeña, que posteriormente podría someterse al proceso catalítico para destruir los contaminantes.
El equipo también trabaja en membranas híbridas que combinan nanopartículas de paladio con bacterias capaces de degradar contaminantes, con el objetivo de aprovechar dos mecanismos de eliminación diferentes. "Hemos demostrado que esto también funciona", afirmó Rittmann.
La investigación abre una vía para avanzar desde la retención de los contaminantes persistentes hacia su degradación química. No obstante, la reducción de costes y la validación de la tecnología a mayor escala serán determinantes para evaluar su futura implantación en instalaciones industriales de tratamiento de aguas.
|
