Nuevas estrategias de preparación y síntesis de membranas nanocompuestas para el tratamiento de aguas.

La tecnología de membranas es una industria en rápido crecimiento, que contribuye sustancialmente al desarrollo de nuevas tecnologías aplicadas al tratamiento del agua. Su bajo coste operacional, su superficie de operación relativamente pequeña y el estricto cumplimiento de las regulaciones medioambientales actuales son algunos de los principales beneficios que aporta esta tecnología.

Arcadio Sotto – URJC

Hoy en día, las membranas accionadas a presión son las más utilizadas para aplicaciones en el tratamiento de agua. La futura aplicación de las mismas se diseña de acuerdo a su tamaño de poro característico y composición química de la capa activa. En este sentido, las membranas se encuentran disponibles comercialmente como Microfiltración (MF, sólidos en suspensión, protozoos y eliminación de bacterias), Ultrafiltración (UF, virus, coloides, remoción orgánica natural), Nanofiltración (NF, dureza salina, metales pesados y eliminación de materia orgánica) y Ósmosis inversa (OI, desalación, reutilización del agua y producción de agua ultrapura).  Recientemente, han aparecido como tecnologías emergentes, la ósmosis directa (FO) y la Ósmosis de presión retardada (PRO) no sólo disponibles para el tratamiento de agua sino también en la producción y aprovechamiento de energía.

Como resultado de la rápida adaptación de la tecnología de membranas al suministro de agua y a la recuperación de diferentes sustancias de valor añadido, el mercado de esta industria está creciendo a un ritmo acelerado de un 9% anual y se espera que el gasto de inversión en 2017 supere los 26 billones (americanos) de dólares.

La tecnología de membranas no está exenta de algunos problemas de funcionamiento que limitan su éxito industrial. Entre ellos, destaca el ensuciamiento como talón de Aquiles de su rendimiento en la desalación de aguas de mar o salobres y la depuración de aguas residuales. En general, el fenómeno del ensuciamiento provoca consecuencias adversas como pérdidas en las tasas de producción y calidad del agua, mayor demanda de energía, mano de obra adicional para el mantenimiento y limpieza de las mismas y una menor vida útil de la membrana. Por to esto, se requiere de métodos eficaces que eviten la aparición del mismo o simplemente mitiguen su desarrollo sobre la superficie o el interior de las membranas.

Con el fin de evitar la proliferación y desarrollo de diferentes mecanismos de ensuciamiento de naturaleza orgánica, desde hace más de una década se han propuesto innumerables modificaciones en la composición química de las membranas, especialmente en la estructura de su capa activa. En este sentido, se fabrican materiales nanocompuestos donde nanopartículas hidrófilas son depositadas o dispersadas en la matriz polimérica. La naturaleza hidrófila de los materiales dopantes mitiga el desarrollo del ensuciamiento orgánico. Innumerables esfuerzos se han desarrollado desde los laboratorios de investigación hasta lograr la producción a escala industrial de membranas nanocompuestas de poliamida, cuya aparición en el mercado data desde hace casi un lustro.

Dentro del inmenso número de publicaciones científicas que versan sobre la síntesis y caracterización de membranas nanocompuestas, un valor porcentual muy elevado de éstas son publicaciones dedicadas exclusivamente a la investigación del fenómeno de ensuciamiento (Figura 1). 

Figura 1. Comparativa del número anual de publicaciones (JCR) dedicadas a la temática de membranas nanocompuestas para el tratamiento de agua y aquellas, centradas en el fenómeno de ensuciamiento. Figura tomada de [1].

Los esfuerzos por perfeccionar las propiedades filtrantes de las membranas se centran en mejorar tanto sus propiedades físico-químicas (hidrofilicidad, rugosidad superficial, porosidad) como sus atributos funcionales (permeación, selectividad, tiempo de vida) en comparación con los materiales poliméricos, habitualmente usados en la fabricación de membranas. No obstante, no han sido pocos los obstáculos a vencer en la obtención de membranas avanzadas de depuración, con garantías de mayor calidad y producción de agua. Entre los principales factores limitantes destacan: aglomeración de las nanopartículas, pobre compatibilidad entre los materiales dopantes hidrófilos y la matriz orgánica, lixiviación de las cargas dopantes durante la filtración y el desbalance permeación/selectividad que aparece producto del aumento de la permeabilidad de la membrana.

Desafortunadamente, las estrategias convencionales de incorporación de nanopartículas a la matriz polimérica: mezcla física y revestimiento por inmersión, apenas cumplen los requisitos anetriores, debido principalmente al tamaño y la naturaleza polar de la mayoría de las nanopartículas propuestas como nanocargas.

El diseño de técnicas de preparación innovadoras para la preparación de membranas nanocompuestas resulta primordial con el fin de aprovechar al máximo el potencial que aportan las nanoparticulas en la resistencia al ensuciamiento de las membranas.

En este sentido, investigadores de la Universidad Rey Juan Carlos en colaboración con homólogos de la Universidad Católica de Lovaina proponen la preparación de nuevas membranas mediante la técnica in situ de síntesis de las nanocargas [1]. A través de esta técnica se logar mejorar la interacción dopante-polímero, así como una dispersión más uniforme de las nanopartículas a lo largo de la estructura de la membrana. Una mejora de la compatibilidad de los componentes de las nuevas membranas eleva la estabilidad química y mecánica de estos materiales filtrantes.

Esta nueva estrategia de diseño abre las puertas a nuevas aplicaciones en desinfección, adsorción y degradación catalítica de contaminantes para el tratamiento del agua.

[1] Xin Li, Arcadio Sotto, Jiansheng Li, Bart Van der Bruggen. Progress and perspectives for synthesis of sustainable antifouling composite membranes containing in situ generated nanoparticles. Journal of membrane Science 524 (2017) 502-528.


Etiquetas:

Si te gustó esta entrada anímate a escribir un comentario o suscribirte al feed y obtener los artículos futuros en tu lector de feeds.

Comentarios

Aún no hay comentarios.

(requerido)

(requerido)


*