Nuevas nanoestructuras para eliminar contaminantes orgánicos del agua
Silvia Larumbe Abuin ha desarrollado un tipo de nanoestructuras que facilitan el proceso de descontaminación del agua. Las nanoestructuras (partículas de tamaño microscópico, de entre 1 y 100 nanómetros) están recubiertas por óxido de titanio al que se ha añadido nitrógeno.
Esto permite que sea la luz solar la que inicie el proceso de reacción química y destrucción de contaminantes, en lugar de la radiación ultravioleta. Además, gracias al núcleo magnético de las partículas, una vez realizado el proceso pueden ser recuperadas y reutilizadas. Los detalles se publican en la tesis de la autora y en la revistaJournal of Applied Physics.
La investigación se basa en la fotocatálisis, donde la luz activa al catalizador y se acelera la reacción química
La investigación tiene como base el fenómeno denominado fotocatálisis: cuando la luz incide en una sustancia que actúa como catalizador, se incrementa la velocidad de la reacción química. En este caso, gracias a la luz se activa el óxido de titanio y se forman diferentes radicales oxidantes que destruyen contaminantes orgánicos del agua, como pueden ser colorantes, disolventes, detergentes, etc.
Según explica la autora, “es un sistema sostenible que podría utilizarse como alternativa a diferentes tratamientos usados tradicionalmente en la depuración de aguas residuales y, en concreto, para eliminar determinados contaminantes orgánicos”.
Entre las ventajas de este desarrollo se encuentra la posibilidad de emplear luz solar en lugar de luz ultravioleta. “Al añadir nitrógeno al recubrimiento de las partículas, conseguimos que el mecanismo iniciador del proceso sea la luz solar y no la radiación ultravioleta, lo que supone una alternativa más accesible, menos costosa y que presenta menos riesgos”.
El hecho de usar estructuras de tamaño nanométrico también mejora la capacidad fotocatalítica puesto que la superficie del fotocatalizador es mayor. Otra de las ventajas es la reutilización del elemento catalizador, ya que las nanoestructuras, al estar formadas por un núcleo magnético, pueden ser recuperadas aplicando un campo magnético externo.
Determinación de niveles de Polonio radioactivo en agua embotellada
El polonio-210 (210Po) se ha hecho popular por casos como la muerte del espía ruso Aleksandr Litvinenko, envenenado con este radionúclido altamente tóxico, y el del histórico líder palestino Yasser Arafat, que pudo correr la misma suerte.
Este isótopo se presenta de forma natural en pequeñas trazas en el agua, el suelo y la atmósfera, aunque cuando se acumula –por ingestión o inhalación– en distintas partes del cuerpo (hígado, bazo, riñones y médula) puede originar daños celulares.
Ahora, investigadores de la Universidad de Sevilla (US) y el Centro Nacional de Aceleradores (CNA, centro mixto US-Junta de Andalucía-CSIC), en España, han evaluado la dosis de polonio-210 que recibe la población española por consumir agua mineral embotellada. Las muestras se han recogido en botellas de 32 marcas comerciales.
Los resultados, que publica la revista Radiation Protection Dosimetry, muestran que las concentraciones de 210Po oscilan entre los 0,6 y 40 milibecquerelios (mBq) por litro. Esta cantidad es similar a la de otras aguas minerales europeas y quedan lejos de los límites considerados como peligrosos, aunque tampoco hay una legislación clara al respecto.
Aun así, el estudio confirma que la cantidad de polonio-210 en el agua embotellada es muy superior a la del agua del grifo, que en general no suele superar 1 mBq/L. La de Sevilla, por ejemplo, es 0,25 mBq/L.
![[Img #18661]](https://lh3.googleusercontent.com/blogger_img_proxy/AEn0k_ukmxTZl5-O03zSPK_eo5vSP3igDkLmcwr5YxiNRaTd87InR4ilYIPWyuSPn324GLQfxPpFY-6ogpKcDwPXGk9a7d7N7025IpyYjuruQHeiAvZw1ALCRoEQmHtWFIRiO_TUUNCF=s0-d "Los valores del polonio-210 en el agua mineral oscilan entre los 0,6 y 40 mBq/L, mientras que en el agua del grifo son inferiores a 1 mBq/L. (Foto: Ricardo Bernardo)")
“Las diferencia se debe a que el agua del grifo está tratada y potabilizada”, explica Rafael García Tenorio, investigador del CNA, quien insiste en que los niveles más altos de 210Po en el agua mineral, como ocurre con el potasio, el sodio y otros elementos, aparecen de forma natural. Se incorporan al agua embotellada desde las rocas de los acuíferos y manantiales.
Los investigadores también han comparado la aportación a la dosis recibida de este radionúclido nocivo respecto a la de otros dos radioisótopos, el uranio 234 y 238, presentes también en el agua.
“Aunque los niveles de 210Po son inferiores a los de uranio en el agua mineral embotellada, su contribución a la dosis comprometida por ingestión es claramente superior, siendo estas dosis de polonio-210 del agua embotellada superiores a las del agua potable de nuestras viviendas”, recalca la investigadora del Grupo de Física Nuclear Aplicada de la US, Inmaculada Díaz Francés.
Los datos también revelan que los niños de entre uno y siete años reciben una dosis mayor que el resto (hasta 100 microSv/año si consumieran algunas marcas) debido a su menor masa corporal. "Frente a estos resultados llaman la atención las múltiples campañas que se hacen recomendando el consumo de agua embotellada frente a la potable de grifo, sobre todo en niños", dicen los autores. En general, el coeficiente de dosis de radiación recibida disminuye con la edad, y se establece un valor de referencia de 1.000 microSv/año, a partir del cual es necesario adoptar medidas de protección radiológica.
Según los investigadores, el estudio reafirma que el polonio-210 es uno de los mayores contribuyentes a la dosis de radiación por consumo de agua mineral embotellada, por lo que resulta “imprescindible” vigilar sus concentraciones. (Fuente: Centro Nacional de Aceleradores/SINC)
Este isótopo se presenta de forma natural en pequeñas trazas en el agua, el suelo y la atmósfera, aunque cuando se acumula –por ingestión o inhalación– en distintas partes del cuerpo (hígado, bazo, riñones y médula) puede originar daños celulares.
Ahora, investigadores de la Universidad de Sevilla (US) y el Centro Nacional de Aceleradores (CNA, centro mixto US-Junta de Andalucía-CSIC), en España, han evaluado la dosis de polonio-210 que recibe la población española por consumir agua mineral embotellada. Las muestras se han recogido en botellas de 32 marcas comerciales.
Los resultados, que publica la revista Radiation Protection Dosimetry, muestran que las concentraciones de 210Po oscilan entre los 0,6 y 40 milibecquerelios (mBq) por litro. Esta cantidad es similar a la de otras aguas minerales europeas y quedan lejos de los límites considerados como peligrosos, aunque tampoco hay una legislación clara al respecto.
Aun así, el estudio confirma que la cantidad de polonio-210 en el agua embotellada es muy superior a la del agua del grifo, que en general no suele superar 1 mBq/L. La de Sevilla, por ejemplo, es 0,25 mBq/L.
Los valores del polonio-210 en el agua mineral oscilan entre los 0,6 y 40 mBq/L, mientras que en el agua del grifo son inferiores a 1 mBq/L. (Foto: Ricardo Bernardo)
“Las diferencia se debe a que el agua del grifo está tratada y potabilizada”, explica Rafael García Tenorio, investigador del CNA, quien insiste en que los niveles más altos de 210Po en el agua mineral, como ocurre con el potasio, el sodio y otros elementos, aparecen de forma natural. Se incorporan al agua embotellada desde las rocas de los acuíferos y manantiales.
Los investigadores también han comparado la aportación a la dosis recibida de este radionúclido nocivo respecto a la de otros dos radioisótopos, el uranio 234 y 238, presentes también en el agua.
Los datos también revelan que los niños de entre uno y siete años reciben una dosis mayor que el resto (hasta 100 microSv/año si consumieran algunas marcas) debido a su menor masa corporal. "Frente a estos resultados llaman la atención las múltiples campañas que se hacen recomendando el consumo de agua embotellada frente a la potable de grifo, sobre todo en niños", dicen los autores. En general, el coeficiente de dosis de radiación recibida disminuye con la edad, y se establece un valor de referencia de 1.000 microSv/año, a partir del cual es necesario adoptar medidas de protección radiológica.
Según los investigadores, el estudio reafirma que el polonio-210 es uno de los mayores contribuyentes a la dosis de radiación por consumo de agua mineral embotellada, por lo que resulta “imprescindible” vigilar sus concentraciones. (Fuente: Centro Nacional de Aceleradores/SINC)
Un nuevo sistema catalítico toma energía de la luz y electrones del agua
Científicos del Instituto de Tecnología Química (UPV-CSIC) y la Universidad de Delft (Holanda) han desarrollado un sistema que emplea a las enzimas como catalizadores, al agua como aportador de electrones y a la luz como fuente de energía. Este sistema fotobiocatalítico podría mejorar los procesos de fabricación de algunos productos en la industria química y farmacéutica.
Investigadores del Instituto de Tecnología Química (ITQ, centro mixto de la Universidad Politénica de Valencia y el CSIC) liderados por Avelino Corma, junto a otros de la Universidad de Delft (Holanda) coordinados por Frank Hollmann, han conseguido un nuevo sistema fotobiocatalítico que podría cambiar sustancialmente procesos de preparación de moléculas activas para fármacos y, en general, productos de la industria química 'fina' basados en catálisis.
El sistema utiliza enzimas como catalizadores, agua como aportador de electrones y luz como fuente de energía, según se detalla en la revista Nature Communications. El trabajo demuestra, por primera vez, la viabilidad de las reacciones fotobiocatalíticas, bioredox con agua como aportador de electrones. La fuerza termodinámica impulsora necesaria para la oxidación del agua se obtiene con radiación ultravioleta y luz visible mediante fotocatalizadores simples basados en dióxido de titanio.
El sistema podría cambiar procesos de preparación de moléculas activas para fármacos
Los investigadores han utilizado enzimas para llevar a cabo reacciones denominadas enantioselectivas. Tal y como explica el profesor Corma, las enzimas son los catalizadores que actúan en los seres vivos: “Se podría decir que gracias a ellas es posible la vida sobre la tierra, tal y como la conocemos”.
Algunas de estas enzimas se aíslan y se pueden utilizar para catalizar reacciones químicas a nivel industrial. Sin embargo existen enzimas, como por ejemplo las oxidoreductasas, que aun teniendo un claro interés industrial, no se utilizan debido al elevado coste del proceso. Esto es debido a que las oxidoreductasas requieren para su funcionamiento catalítico unas moléculas con elevado coste económico, denominadas cofactores, las cuales actúan como intermediarias en el proceso y se desactivan.
“Para reactivarlas y que puedan seguir funcionando es necesaria la asistencia de otros cofactores y enzimas, dando lugar a sistemas muy complejos y de difícil aplicación industrial –continúa el investigador–. El sistema se puede simplificar utilizando un cosubstrato (otra molécula generalmente con coste elevado) que permite regenerar el cofactor. Sin embargo, el cosubstrato pierde su capacidad de reaccionar y se convierte en un residuo de la reacción. Es decir que por cada molécula de producto deseado generada, se produciría una molécula de cosubstrato desactivado como residuo, con el consiguiente perjuicio económico”.
Este trabajo muestra que es posible acoplar un sistema foto catalítico con un proceso enzimático, consiguiendo lo que se denomina sistema fotobiocatalitico en el que el cosubstrato es simplemente agua.
“En otras palabras, mediante agua, luz y un semiconductor podemos generar los electrones y protones necesarios para que la enzima oxidoreductasa pueda actuar e hidrogenar moléculas enantioelectivamente. Este nuevo concepto y sistema fotobiocatalítico abre la posibilidad de utilizar de manera económicamente viable, procesos enzimáticos limitados por el coste del cofactor, como es el caso de las oxidoreductasas”, destaca Corma.
Un proceso que se regenera
Sara Iborra, coautora del trabajo e investigadora en el ITQ añade otras claves del estudio desarrollado: “El cofactor de nuestra catálisis, en este caso el ‘flavin’-mononucleótido-, que interviene en la reacción, toma un electrón de la oxidación del agua provocada por la luz y el fotocatalizador, lo transfiere a la enzima y ésta dispara y cataliza la reacción química; este proceso se regenera y repite una y otra vez. La energía termodinámica necesaria para la reacción se obtiene de la luz. Y todo ello se produce en unas condiciones ‘suaves’, es decir a temperatura ambiente.
Todo el proceso se produce a temperatura ambiente
Además, gracias a la obtención de la energía de la luz y de los electrones del agua, el proceso se realiza sin producción de residuos y constituye una alternativa muy simple a los métodos extremadamente complicados que se utilizan en la actualidad para la regeneración de cofactores enzimáticos que implican transferencia de electrones. Estas son las ventajas más destacadas del nuevo proceso que hemos conseguido”.
Según explican, en muchos procesos de síntesis orgánica se obtiene una mezcla de dos isómeros (sustancias que, con igual composición química, tienen distintas propiedades). Se trata de isómeros (denominados enantiómeros) que solo se diferencian en que la estructura de uno es una imagen especular de la del otro, es decir solo se diferencian en la disposición espacial de los átomos y son moléculas simétricamente equivalentes pero diferentes, como en el caso de las dos manos de una persona.
“Este tipo de isómeros, aunque son compuestos diferentes y pueden tener actividades biológicas muy distintas, sus propiedades físicas y químicas son idénticas, y separarlos por métodos físicos o químicos es costoso”, añade María Mifsud, coautora e investigadora también del ITQ. En la industria farmacéutica, por ejemplo, es muy importante obtener uno u otro enantiómero y en muchos casos se utilizan catalizadores enantioselectivos, que solo producen el isómero deseado.
“Por ejemplo, el principio activo que se utiliza para el tratamiento del Parkinson, la L-dopa, es uno de los dos enantiómeros, pero es el que produce el efecto positivo de inhibición de la enfermedad. El otro enantiómero, su simétrico, en cambio, es tóxico y produce lo contrario. Esto da una idea de lo importante que es obtener la sustancia adecuada en estos procesos exactamente y no otra y, para ello es para lo que se usan los que llamamos catalizadores enantioselectivos”, concluye Mifsud.
Utilizarán algas para filtrar metales pesados del agua
Arsénico, Cadmio y Cobre son algunos de los metales pesados presentes en diversos cuerpos acuíferos, los cuales pueden provenir tanto desde fuentes naturales como de actividades humanas, por ejemplo aguas residuales domésticas, agrícolas e industriales. Ambas fuentes constituyen un peligro tanto para la salud como para la vida acuática.
Con esta problemática en mente, un equipo de investigadores y académicos del Departamento de Ingeniería Matemática y del Centro Gibmar, del Centro de Biotecnologías UdeC, llevan adelante el proyecto AlgaeFilter: Biofiltro de algas inmovilizadas en matriz polimérica para el tratamiento con alto contenido de metales pesados, iniciativa financiada por Innova Chile, en la que además participan las empresas DCS Engineering Ltda., junto a Pigmentos Naturales S.A.
Para desarrollar esta iniciativa es que se han unido el Departamento de Ingeniería Matemática, con el Dr. Roberto Riquelme, junto al Grupo Interdisciplinario en Biotecnología Marina (Gibmar) del Dr. Cristian Agurto, quienes han aunado esfuerzo y conocimiento interdisciplinario para intentar dar solución a uno de los principales problemas ambientales de la actualidad: el alto contenido de metales pesados presente en el agua y que constituyen un riesgo potencial para la salud humana.
![[Img #20112]](https://lh3.googleusercontent.com/blogger_img_proxy/AEn0k_tx3BOWIF2Q2sA-4kND2ZVIdXUUd5oNOjDbTxdjxdiIRomcGdrryH0hZuxOzLppzEwzehFCSpAJqxuXaIHtMoVo8g8SZLAqwSl6C4bjknp8ntHMfzadpmn4VBcpOAleA4bt1A1Z=s0-d "Roberto Riquelme y Cristian Agurto. (Foto: UDEC)")
Roberto Riquelme y Cristian Agurto. (Foto: UDEC)
El Dr. Roberto Riquelme, director del proyecto, explicó que el objetivo principal es realizar la modelación, diseño y desarrollo de un sistema automatizado de biofiltración alternativo, con un costo competitivo, utilizando algas inmovilizadas en una matriz polimérica para la remoción de metales pesados, desde aguas cargadas tanto de forma natural como desde actividades industriales. “Entre otros aspectos, la idea es también dar cumplimiento a las normativas sanitaria y ambiental (DS90 y DS609) vigentes en Chile, que está dirigida a mejorar la calidad del agua, ya sea para consumo humano como también para biorremediar efluentes líquidos industriales que puedan ser reutilizados”.
Para el director alterno del proyecto, el Dr. Cristian Agurto, la iniciativa también suma innovación a la propuesta, que tiene que ver con la selección de algas para la remoción de metales pesados mediante filtros 100% naturales y biodegradables, “demostrando así una tecnología escalable y comercialmente viable, además de promover la entrada de este producto a un mercado en crecimiento con amplias oportunidades de desarrollo económico en nuestro país”. (Fuente: UDEC/DICYT)
Nuevo método para reciclar aguas residuales industriales y obtener hidrógeno
Unos químicos han descubierto un nuevo método de generar hidrógeno usando agua y formaldehído.
La generación de hidrógeno a partir de líquidos es de interés particular cuando hablamos de tecnologías de células de combustible.
Entre otras aplicaciones, la técnica ideada por el equipo de Martin Prechtl, Leo Heim y sus colegas de la Universidad de Colonia en Alemania, puede utilizarse para reciclar agua residual industrial contaminada por formaldehído. Los agentes contaminantes son eliminados mediante su descomposición, al mismo tiempo que se libera hidrógeno.
Con la ayuda de este método, es posible recuperar, de las aguas residuales industriales, cantidades significativas de la útil materia prima que es el formaldehído.
Prechtl y sus colegas han identificado también un catalizador robusto y estable en el aire que puede ser empleado con la técnica.
![[Img #19401]](https://lh3.googleusercontent.com/blogger_img_proxy/AEn0k_uWA4G_lYbLJAYEO-2s85iL6FI-HEewpnR1RvaQFrCuZktG9o_mJ5x8D8oGUCv3G8UK5FgjPKVVDAs1OyzCJWfsZKCy8aSDBqQxP8sQiK2qFO7alIudiJsse1Yq8X6cbKuL0nNP=s0-d "El nuevo método es capaz de reciclar aguas residuales industriales y obtener hidrógeno. (Foto: Amazings / NCYT / MMA)")
El formaldehído es una de las materias primas más importantes utilizadas en la ingeniería química; se producen anualmente en el mundo alrededor de 30 millones de toneladas de esta sustancia. Está por tanto disponible en grandes cantidades y a un bajo coste para su uso en el nuevo método de producción de hidrógeno.
En el trabajo de investigación y desarrollo también han participado Nils E. Schlörer y Jong-Hoo Choi, de la Universidad de Colonia.
La generación de hidrógeno a partir de líquidos es de interés particular cuando hablamos de tecnologías de células de combustible.
Entre otras aplicaciones, la técnica ideada por el equipo de Martin Prechtl, Leo Heim y sus colegas de la Universidad de Colonia en Alemania, puede utilizarse para reciclar agua residual industrial contaminada por formaldehído. Los agentes contaminantes son eliminados mediante su descomposición, al mismo tiempo que se libera hidrógeno.
Con la ayuda de este método, es posible recuperar, de las aguas residuales industriales, cantidades significativas de la útil materia prima que es el formaldehído.
Prechtl y sus colegas han identificado también un catalizador robusto y estable en el aire que puede ser empleado con la técnica.
El nuevo método es capaz de reciclar aguas residuales industriales y obtener hidrógeno. (Foto: Amazings / NCYT / MMA)
El formaldehído es una de las materias primas más importantes utilizadas en la ingeniería química; se producen anualmente en el mundo alrededor de 30 millones de toneladas de esta sustancia. Está por tanto disponible en grandes cantidades y a un bajo coste para su uso en el nuevo método de producción de hidrógeno.
En el trabajo de investigación y desarrollo también han participado Nils E. Schlörer y Jong-Hoo Choi, de la Universidad de Colonia.
Añadir cal al agua de mar podría reducir los niveles de CO2 en la atmósfera
Añadir cal al agua del mar aumenta su alcalinidad, lo que incrementa su capacidad de absorber CO2 del aire y reduce su tendencia a liberarlo de nuevo. Sin embargo, esta idea, que se conoce desde hace años, se creía inviable, por el coste de extraer cal de la roca caliza y por la cantidad de CO2 que se libera en ese proceso.
Tim Kruger, consultor de la firma londinense Corven, es el cerebro que está detrás del plan de retomar el proyecto de la cal. Argumenta que puede hacerse viable localizándolo en regiones que tengan una combinación de ‘energía colgada’ de bajo cose (una energía considerada demasiado lejana para explotarla económicamente, como las antorchas de gas natural o la energía solar en los desiertos) y abundancia de roca caliza, de forma que sea sencillo conseguir su calcinación en el lugar donde se encuentra.
Según Kruger, “hay muchos lugares como, por ejemplo, la llanura Nullarbor de Australia, que podría ser una ubicación privilegiada para este proceso, porque tiene 10.000 km3 de caliza y recibe una irradiación solar de 20 MJ/m2 al día”.
El proceso de fabricación de cal libera CO2, pero añadir la cal al agua del mar absorbe por lo menos el doble del que libera. Por consiguiente, el proceso global es carbono-negativo. “Este proceso tiene el potencial de revertir la acumulación de CO2 en la atmósfera. Sería posible reducir el contenido de CO2 a niveles preindustriales”, dice Kruger.
El profesor Klaus Lackner, investigador en la Universidad de Columbia, afirma: “El balance teórico de CO2 es correcto en líneas generales. Indudablemente vale la pena pensarlo con detenimiento”.
Los océanos ya son el mayor vertedero de carbón del mundo, ya que absorben 2.000 millones de toneladas de carbón cada año. Incrementar su capacidad de absorción en un pequeño porcentaje podría aumentar drásticamente la captación del CO2 de la atmósfera.
Generará beneficios medioambientales
En la empresa Shell han decidido financiar una investigación para estudiar su viabilidad económica. “Creemos que es una idea prometedora”, dice Gilles Bertherin de Shell, uno de los coordinadores del proyecto. “Pueden conseguirse enormes beneficios medioambientales si se frena el cambio climático. Añadir hidróxido de calcio al agua del mar también mitigará los efectos de la acidificación de los océanos, por lo que tendría un impacto positivo sobre el medio marino”.
