Un nuevo filtro de agua puede eliminar los iones tóxicos de metales pesados y las sustancias radiactivas en una sola pasada.
La membrana filtrante es un híbrido de dos materiales de bajo costo: fibras de proteína de suero de leche y carbón activado. La tecnología simple supera varias desventajas de los métodos existentes, que suelen ser costosos y solo pueden eliminar un elemento específico o tener una capacidad de filtro muy pequeña.
"El proyecto es una de las cosas más importantes que podría haber hecho alguna vez", dice Raffaele Mezzenga, profesor de alimentos y materiales blandos en ETH Zurich. Él y su colega Sreenath Bolisetty describen la tecnología en el diario Naturaleza Nanotecnología.
En el corazón del sistema de filtración se encuentra un nuevo tipo de membrana híbrida compuesta de carbón activado y fibras de proteína de suero de leche rígidas y duras. Los dos componentes son baratos y fáciles de producir.
Las proteínas del suero de leche se desnaturalizan, lo que hace que se estiren, y finalmente se unen en forma de fibrillas de amiloide. Junto con el carbón activado, estas fibras se aplican a un material de sustrato adecuado, como un papel de filtro de celulosa. El contenido de carbono es 98 por ciento, con un mero porcentaje de 2 compuesto por la proteína.
Recupera valioso oro
Esta membrana híbrida absorbe varios metales pesados de manera no específica, incluidos los elementos industriales relevantes, como plomo, mercurio, oro y paladio. Sin embargo, también absorbe sustancias radiactivas, como uranio o fósforo-32, que son relevantes en los desechos nucleares o en ciertas terapias contra el cáncer, respectivamente.
La membrana también elimina los cianuros metálicos altamente tóxicos del agua. Esta clase de materiales incluye cianuro de oro, que se usa comúnmente en la industria de la electrónica para producir pistas de conductores en las placas de circuitos.
La membrana proporciona una forma sencilla de filtrar y recuperar el oro, por lo tanto el sistema de filtro de un día podría desempeñar un papel importante en el reciclaje de oro también.
"El beneficio generado por el oro recuperado es más que 200 multiplicado por el costo de la membrana híbrida", dice Mezzenga.
Cómo funciona
El proceso de filtración es extremadamente simple: el agua contaminada se extrae a través de la membrana al vacío.
"Un vacío lo suficientemente fuerte podría ser producido con una bomba de mano simple", dice Mezzenga ", lo que permitiría que el sistema sea operado sin electricidad."
El sistema es casi infinitamente escalable, por lo que es rentable depositar grandes volúmenes de agua.
A medida que las sustancias tóxicas atraviesan el filtro, se "pegan" principalmente a las fibras de proteínas, que tienen numerosos sitios de unión donde los iones metálicos individuales pueden atracar. Sin embargo, la gran área de superficie del carbón activado también puede absorber grandes cantidades de toxinas, lo que retrasa la saturación de las membranas.
Además, las fibras de proteína otorgan resistencia mecánica a la membrana y a altas temperaturas permiten que los iones atrapados se conviertan químicamente en valiosas nanopartículas metálicas.
Muy alta capacidad
Mezzenga es un entusiasta de la capacidad del filtro de la membrana híbrida. En pruebas con cloruro de mercurio, por ejemplo, la concentración de mercurio presente en el filtrado se redujo en más de 99.5 por ciento.
La eficiencia fue incluso mayor con un compuesto de cianuro de oro potásico tóxico, donde 99.98 por ciento del compuesto se une a la membrana, o con sales de plomo, cuando el rendimiento era más grande que 99.97 ciento. Y con uranio radiactivo, 99.4 por ciento de la concentración original estaba obligado durante la filtración.
"Hemos logrado estos altos valores en una sola pasada," dice Bolisetty.
Incluso durante varias pasadas, la membrana híbrida filtra las sustancias tóxicas con un alto grado de fiabilidad. A pesar de que la concentración de mercurio en el filtrado incrementado por un factor de 10 0.4 de ppm (partes por millones) para 4.2 10 ppm después pasa, la cantidad de proteína utilizada fue extremadamente baja.
Para filtrar medio litro de agua contaminada, los investigadores utilizaron una membrana que pesaba solo una décima parte de un gramo, de la cual el 10 por ciento en peso estaba compuesto por fibras proteicas.
"Un kilo de proteína de suero sería suficiente para purificar 90,000 litros de agua", dice Mezzenga.
Esto sugiere la eficiencia se puede aumentar mediante la adición de más contenido de proteínas en la membrana, añade, haciendo hincapié en la flexibilidad de este nuevo enfoque.
Mezzenga, que ha patentado la tecnología, confía en que el filtro llegará al mercado.
"Existen numerosas aplicaciones para él, y el agua es uno de los problemas más acuciantes que enfrentamos hoy", añade.
Fuente: ETH Zurich
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