La Nanotecnología para el Tratamiento de las Aguas

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Sobre el blog

Baltasar Peñate Suárez
Dr. Ingeniero Industrial, Jefe del Departamento de Agua del ITC. Lidera y participa en grandes proyectos y servicios de I+D+i y de cooperación internacional de desalación, depuración descentralizada y monitorización de la calidad de las aguas.

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La nanotecnología ha llegado a nuestras vidas para no marcharse, siendo múltiples sus aplicaciones en un amplio rango de actividades que van desde la medicina hasta la aeronáutica. Pero, ¿por qué la nanotecnología está revolucionando nuestro día a día?

Principalmente porque el control y ensamblado de la materia a la escala del nanómetro (1 nm = 10-9 m) permite obtener materiales, aparatos y sistemas novedosos con propiedades únicas. Y es que al manipular la materia a una escala tan pequeña, ésta demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas permitiendo diseñar materiales con propiedades a la carta. De ahí que durante los últimos años, la nanotecnología se haya convertido en una alternativa prometedora para mejorar el tratamiento de aguas.


Tamaños y comparaciones de escala (Castro & Britto, 2012) 

En este sentido, son varios los estudios que demuestran que la nanotecnología, y en concreto, los nanomateriales (materiales con propiedades morfológicas más pequeñas que un micrómetro en al menos una dimensión), pueden ayudar a resolver los inconvenientes con los que se encuentran los sistemas actuales de tratamiento de las aguas: potabilización, desalinización, desinfección, depuración, etc. Estos estudios se centran, de manera general, en:

  • Uso de nanomateriales como adsorbentes
  • Uso de membranas con nanomateriales
  • Uso de nanopartículas catalíticas para fotocatálisis
  • Uso de nanomateriales como sensores de la calidad del agua

Gracias a su gran área superficial y la reactividad de la superficie, los nanomateriales permiten retener una mayor tasa de contaminantes que los adsorbentes convencionales. Por otra parte, la fijación de nanomateriales a membranas poliméricas permite aumentar la permeabilidad de las membranas, mejorar su selectividad, y conseguir superficies más resistentes al ensuciamiento (fouling y scaling), reduciendo con ello el consumo de energía. Además, los nanomateriales presentan una alta fotoactividad, destacando las nanopartículas catalíticas de dióxido de titanio, que permiten tasas de degradación de contaminantes superiores a las de los productos catalíticos comerciales. Como sensores, los nanomateriales presentan fascinantes propiedades luminiscentes que permiten su uso como sondas ópticas, presentando una mayor fluorescencia que los sensores tradicionales.

Nanomateriales como las nanopartículas de plata, dióxido de titanio o los nanotubos de carbono, muestran actividades antimicrobianas superiores que los desinfectantes comúnmente utilizados, permitiendo acabar con aquellos microorganismos no deseados presentes en las aguas. Además, son varios los nanomateriales que muestran altas capacidades de adsorción para retirar del agua metales pesados, aceites, disolventes orgánicos y contaminantes emergentes que en ocasiones escapan de los sistemas actuales de tratamiento. Por otra parte, los nanomateriales también permiten hacer frente al fouling y scaling de las membranas mediante un aumento de la hidrofilia, la permeabilidad y la rugosidad de la superficie.


Nanotubos de carbono: a) pared simple, b) pared múltiple (Daza, 2012)

Todo ello pone de manifiesto que la nanotecnología se presenta como un campo lleno de posibilidades para este sector, siendo cada vez más las líneas de investigación centradas en analizar el potencial de la nanotecnología para el tratamiento del agua. Tal es así que actualmente hay multitud de proyectos en Centros de I+D y Empresas que persiguen aprovechar las bondades de la nanotecnología para obtener nuevos o mejorados sistemas de tratamiento de aguas. Es el caso, por ejemplo, de las membranas LG Chem NanoH2O™ de la empresa LG Water Solutions o los productos ofrecidos por la empresa Open MS basados en la patente NANOMESHTM. La primera empresa comercializa membranas nanocompuestas de película delgada de ósmosis inversa que proporcionan un incremento en la permeabilidad y el rechazo de sales, reduciendo así el costo de la desalinización. La segunda, ofrece sistemas de filtración basados en nanotubos de carbono que permiten, sin prácticamente necesidad de energía, eliminar los malos olores y sabores del agua, así como los microorganismos o metales pesados presentes en el agua contaminada.


Preparación de las 

nanopartículas magnéticas


En este sentido, el Departamento de Agua del Instituto Tecnológico de Canarias - ITC, junto a la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria – y en concreto, el CAFMA, avanza en la utilización de nanopartículas con propiedades magnéticas para la adsorción del flúor del agua con una fácil separación mediante campos magnéticos. Los resultados obtenidos muestran que este nanomaterial presenta capacidades de adsorción muy superiores que las del adsorbente convencional.


% de adsorción en función del pH de la muestra

 



% adsorción de flúor con el tiempo

Sin embargo, a pesar de todas las ventajas que presentan los nanomateriales, existe la necesidad de mejorar los métodos de fijación de las nanopartículas en las capas de las membranas, o los métodos de separación de las nanopartículas suspendidas con el fin de reducir los costes asociados con la pérdida precoz de material y prevenir los posibles riesgos sobre la salud humana y el medio ambiente. Pues, dado que la nanotecnología es un campo emergente, existe incertidumbre sobre sus riesgos. Preocupa que la mayor reactividad de los nanomateriales los vuelva más tóxicos. Por ello, la investigación y evaluación científica de los efectos negativos para la salud o el medio ambiente asociados a la nanotecnología deben ir de la mano de la I+D y del progreso tecnológico.

No obstante, no cabe duda de que el desarrollo de la nanotecnología hará que todos estos retos se conviertan en oportunidades. Y es que una vez más el dicho “lo bueno viene en frascos pequeños” cobra importancia, destacando el poder de estos materiales invisibles para cambiar el mundo, y en concreto, para mejorar los sistemas de tratamiento del agua, presentándose la nanotecnología como la llave para dar solución a varios de los inconvenientes actuales.

Artículo redactado por:

Baltasar Peñate Suárez – Jefe del Departamento de Agua 

Jesica Castellano Vera – Investigadora en colaboración

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