Queríamos saber si podíamos utilizar residuos ricos en hierro para producir nanopartículas y combatir la contaminación del líquido
Actualmente, aproximadamente un millón 800 mil acres de tierra en Estados Unidos se utilizan para la eliminación de residuos en vertederos. En términos de volumen, solo ese mismo país generó más de 290 millones de toneladas de residuos sólidos en 2018, una cantidad equivalente a aproximadamente 235 mil piscinas olímpicas, considerando una densidad promedio de residuos sólidos de media tonelada por metro cúbico.
Como equipo de ingenieros ambientales, queríamos saber si podíamos utilizar residuos ricos en hierro para producir nanopartículas y combatir la contaminación del agua y construir equipos de ingeniería.
Las nanopartículas de óxido de hierro que sintetizamos pertenecían a un grupo distintivo llamado magnetita y maghemita. Estudios iniciales han demostrado que las nanopartículas de este grupo podrían ayudar a que los medicamentos lleguen correctamente al cuerpo, aumentar la eficiencia de las baterías de los vehículos eléctricos y mejorar los sensores para detectar gases tóxicos, así como sonido y movimiento.
Al estar hechas de hierro, estas nanopartículas son magnéticas y estables. Su diminuto tamaño les otorga una gran superficie en relación con su volumen, lo que les permite retener contaminantes en el agua. Además, su naturaleza magnética las hace ideales para construir componentes eléctricos extremadamente pequeños y delgados.
En nuestro último estudio, publicado en la revista RSC Sustainability, desarrollamos un método ecológico para sintetizar nanopartículas de óxido de hierro a partir de suplementos de hierro de venta libre caducados. Este enfoque no sólo revaloriza los productos desechados, sino que también promueve un método de producción más sostenible y circular.
De agua contaminada a limpia
Para realizar nuestro estudio, utilizamos un método llamado carbonización hidrotermal para producir estas nanopartículas magnéticas. Conseguimos una gran cantidad de suplementos de hierro caducados de un centro de salud local.
Las nanopartículas de óxido de hierro que creamos son muy útiles para el tratamiento del agua y especialmente eficaces para eliminar del agua aceite y metales pesados como plomo, cadmio, zinc y cromo. Estos contaminantes se sabe que causan graves problemas de salud, incluido el cáncer.
Para realizar nuestro estudio, utilizamos un método llamado carbonización hidrotermal para producir estas nanopartículas magnéticas
Se pueden mezclar con agua contaminada o dejar pasar el agua a través de ellas, de forma similar a un filtro doméstico común.
Para comprobar su eficacia, mezclamos nuestras nanopartículas de óxido de hierro en muestras de aguas residuales que contenían colorante azul de metileno, un contaminante común en aguas residuales textiles y de fabricación. Descubrimos que eliminaron más del 95 por ciento del colorante y, gracias a su magnetismo, pudimos eliminarlas del agua tratada con un imán para que no la contaminaran.
Dependiendo del tipo de contaminante presente en el agua, las nanopartículas de óxido de hierro a veces pueden reutilizarse tras calentarse de nuevo.
Más sobre el proceso
Producimos una pequeña cantidad de estas nanopartículas en el laboratorio para este estudio. Sin embargo, grandes cantidades de residuos de hierro se envían a los vertederos. Estos incluyen materiales como lodos de acero y chatarra metálica. Por lo tanto, en teoría, se podrían producir muchas más nanopartículas de este tipo en el futuro. Si se producen en cantidades suficientes, los grandes sistemas de filtración de plantas de tratamiento de agua y aguas residuales podrían utilizar estas partículas para tratar cantidades mucho mayores de agua.
Si se producen en cantidades suficientes, los grandes sistemas de filtración de plantas de tratamiento de agua y aguas residuales podrían utilizar estas partículas para tratar cantidades mucho mayores de agua
Pero los residuos de los vertederos no son todos del mismo tipo. Los residuos ricos en hierro pueden estar contaminados con otros materiales, lo que hace que su obtención, clasificación y reciclaje requieran muchos recursos y sean costosos. Para ampliar esta tecnología de forma sostenible, los investigadores deberán primero superar estos desafíos.
El lado positivo es que los economistas predicen que los metales alternativos, incluidas las nanopartículas de óxido de hierro, podrían ayudar a satisfacer la demanda de producción de las tecnologías futuras y la inteligencia artificial. Estas nanopartículas pueden utilizarse para fabricar componentes informáticos de alto rendimiento. Estos componentes incluyen memorias magnéticas y semiconductores presentes en nuestras tecnologías cotidianas.
Muchos de los metales críticos que se utilizan actualmente son caros, escasos o geopolíticamente sensibles: cobalto, níquel y litio. Por ello, nuestro equipo está comenzando a explorar cómo este método basado en la carbonización hidrotermal puede escalarse y aplicarse a otros tipos de residuos.
Nuestro objetivo a largo plazo es ampliar las herramientas para la producción sostenible de nanopartículas, a la vez que seguimos abordando los retos ambientales y la demanda de materiales para futuras innovaciones.
Fuente: oem.com.mx