sábado, septiembre 24, 2022
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Una nueva frontera en la purificación del agua

Según la OMS, una de cada tres personas en todo el mundo carece de acceso a agua potable limpia y servicios básicos de saneamiento.

Estos problemas solo han aumentado en todo el mundo debido a los efectos del cambio climático. Como resultado, combinado con los costos operativos y de inversión, los países en desarrollo y las comunidades vulnerables son los más afectados por los efectos adversos de la escasez de agua.

“La escasez de agua es uno de los mayores desafíos del siglo XXI”, dijo David Estrada , profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales. “En nuestro laboratorio, estamos comprometidos a encontrar soluciones a los problemas, que no tienen en cuenta las fronteras políticas, socioeconómicas o culturales. Este nuevo sistema se puede adaptar para satisfacer las necesidades de remediación de agua de comunidades de diferentes tamaños y antecedentes económicos en todo el mundo”.

Investigadores de la Facultad de Ingeniería de Boise State se unieron a investigadores de la Universidad de Drexel y el Laboratorio Nacional de Idaho para investigar una técnica simple y eficiente en energía para eliminar el amoníaco de las aguas residuales agrícolas. La investigación está codirigida por Estrada y Tedd Lister, un investigador de separaciones químicas en la dirección de Ciencia y Tecnología de Energía y Medio Ambiente del Laboratorio Nacional de Idaho. El trabajo del grupo se publicó en Nature Partner Journal, Clean Water .

El equipo de investigación utilizó la desionización capacitiva, una técnica de tratamiento de agua emergente en la que el agua fluye entre dos electrodos de carga opuesta. Esta técnica polariza las impurezas iónicas en las aguas residuales, haciendo que los iones sean atraídos y almacenados en los electrodos opuestos.

“Se necesita aproximadamente 20 veces la cantidad de energía para sintetizar amoníaco a partir de combustibles fósiles que para recuperar amoníaco utilizando nuestro enfoque”, dijo Lister. “Estos procesos industriales basados ​​en combustibles fósiles pueden generar hasta cuatro veces la cantidad de dióxido de carbono que la cantidad de amoníaco que se sintetiza, lo que destaca la importancia de reciclar nuestros recursos fabricados utilizando técnicas de uso intensivo de energía”.

El equipo examinó estudios previos que exploraron materiales a base de carbono como electrodos, sin embargo, estos materiales estaban limitados en diversidad química, química de superficie y relación de área de superficie a volumen, lo que limita el rendimiento de la técnica de desionización capacitiva. El equipo se asoció con Chris Schuck y Yury Gogotsi de la Universidad de Drexel para investigar un nuevo enfoque que utiliza MXenes, un compuesto inorgánico formado por capas de nitruros, carbonitruros o carburos metálicos.

“Los MXenes tienen una combinación única de propiedades que los hacen muy atractivos para aplicaciones electroquímicas”, dijo Naqsh Mansoor, estudiante graduado de Boise State en la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Micron y primer autor del artículo. “La estructura en abanico de MXenes permite mucho espacio de intercalación para que los iones contaminantes eliminados no solo puedan absorberse en la superficie sino también insertarse entre las capas”.

La investigación del equipo encontró una mejora de 100 veces en la capacidad de desionización al usar MXenes en comparación con los sistemas de electrodos basados ​​en carbón activado. Esto resultó en una mayor cantidad de iones contaminantes extraídos de la corriente de aguas residuales mientras se usaba menos material del electrodo.

La investigación del equipo fue patrocinada por el Programa de Becas Fulbright y el Programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por el Laboratorio Nacional de Idaho.

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