Eliminación del MTBE del agua por un tratamiento combinado de adsorción y oxidación

El proceso consiste en utilizar zeolitas como adsorbentes, materiales aluminosilicatos nano-estructurados, modificados con hierro. En primer lugar, las zeolitas actúan como adsorbente del MTBE comportándose mejor aquellas que contienen menos aluminio superando incluso la capacidad de adsorción de los carbones activados comerciales. Estas zeolitas presentan la ventaja de que se pueden regenerar in situ fácilmente mediante un lavado con peróxido de hidrógeno, en el que todos los contaminantes orgánicos adsorbidos, incluidos el metil-terc-butil eter, son transformados en CO2 y agua a través de un proceso de oxidación avanzada. De esta manera el adsorbente queda preparado para ser reutilizado. El estudio presentado en este artículo demuestra que el material se puede reutilizar varias veces sin pérdidas significativas de eficiencia.

[CyPS-UCM -Grupo de Catálisis y Procesos de Separación]

Recientemente se ha publicado en la revista Environmental Science & Technology, un trabajo denominado  ”Hydrophobic Fe-zeolitas for removal of MTBE from water by combination of Adsorption and oxidation” que abre una nueva vía para la separación del MTBE y mejora la eficacia del tratamiento a la vez que reduce los costes.

El proceso consiste en utilizar zeolitas como adsorbentes, materiales aluminosilicatos nano-estructurados, modificados con hierro. En primer lugar, las zeolitas actúan como adsorbente del MTBE comportándose mejor aquellas que contienen menos aluminio superando incluso la capacidad de adsorción de los carbones activados comerciales. Estas zeolitas presentan la ventaja de que se pueden regenerar in situ fácilmente mediante un lavado con peróxido de hidrógeno, en el que todos los contaminantes orgánicos adsorbidos, incluidos el metil-terc-butil eter, son transformados en CO2 y agua a través de un proceso de oxidación avanzada. De esta manera el adsorbente queda preparado para ser reutilizado. El estudio presentado en este artículo demuestra que el material se puede reutilizar varias veces sin pérdidas significativas de eficiencia.

De todos es conocido que las emisiones de plomo al aire generan serios problemas de salud pública. El plomo que se inhala se fija en los pulmones hasta 10 años, en forma acumulativa.

La eliminación del plomo de la mezcla de productos utilizados en la elaboración de la gasolina impulsó la introducción de otros aditivos para oxigenar la mezcla y aumentar el octanaje. Los requisitos federales de los Estados Unidos para la gasolina exigen un contenido de oxígeno de 2% por peso, 1% en benceno, la estabilización o reducción de las emisiones de óxidos nitrosos (NOx), y reducciones específicas en el contenido de compuestos volátiles y contaminantes.

Uno de los sustitutos del plomo en la gasolina es el MTBE (metil-terc-butil-eter), introducido hace más de 20 años en Estados Unidos y Europa. El metil-terc-butil-eter, (C5H12O), es un producto químico que se utiliza para aumentar el octanaje, mejorar la combustión, y reducir las emisiones de monóxido de carbono en aproximadamente un 10%. El MTBE también contribuye a reducir las emisiones de compuestos orgánicos reactivos, y la proporción de contaminantes aromáticos, sulfuro, olefinas y benceno, en la fabricación de gasolina.

Este compuesto tiene una estructura estable que dificulta su degradación y hace que persista por largos periodos en el medio ambiente afectando principalmente acuíferos subterráneos. Este compuesto está clasificado por la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) como probable carcinógeno pero gracias a su bajo umbral de detección al olor y sabor es fácil de percibirse en aguas contaminadas.

En la actualidad, el MTBE representa entre 5% y 10% del volumen de la gasolina. En los Estados Unidos se ha utilizado como aditivo en aproximadamente un tercio de la gasolina que se consume.

El MTBE es altamente volátil y soluble en agua. Al evaporarse la gasolina en las estaciones de servicio o en los puntos de almacenamiento, arrastra al MTBE a la atmósfera. Allí se disuelve en el agua de lluvia, para luego contaminar los acuíferos. También puede contaminar acuíferos por fugas o derrames en los sistemas de almacenamiento y transporte.

La controversia sobre el uso de MTBE lleva más de 15 años en los Estados Unidos. En Alaska se suspendió su uso debido a sus relaciones con problemas de
salud en los trabajadores de las refinerías de petróleo, y por la contaminación de agua para el consumo humano.

El fenómeno de la contaminación de aguas por derrames de gasolinas tiene una importancia considerable: algunos de los compuestos que contienen son altamente solubles en agua, muy poco biodegradables y pueden tener efectos tóxicos y / o de alteración de las propiedades organolépticas en aguas destinadas al consumo humano.

La problemática se ha acentuado cuando se dio a conocer que el MTBE había contaminado una gran cantidad de pozos de agua para consumo humano en Estados Unidos. La preocupación por el MTBE aumentó cuando, de acuerdo con algunos estudios realizados en animales, se determinó que dicha sustancia era capaz de generar cáncer.

Su presencia en aguas ha crecido significativamente en las últimas décadas, sobre todo en aquellas zonas sensibles a la contaminación por derrames o fugas de gasolinas. Por este motivo, la eliminación del metil terc-butil éter es objeto de estudio de muchos grupos de investigación de todo el mundo.

Los procesos físico-químicos, como la adsorción, son la opción que ahora mismo prevalece para hacer frente a esta problemática. En concreto, el carbón activado ha sido utilizado durante mucho tiempo para el tratamiento de aguas contaminadas con MTBE. Esta tecnología, sin embargo, presenta importantes inconvenientes que hacen patente la necesidad de investigar otras alternativas. El precio del carbón es cada vez más alto. Además, una vez agotado, debe ser gestionado como un residuo especial, lo que también conlleva un coste adicional considerable.

La utilización de los procesos combinados de adsorción con zeolitas y posterior oxidación  es un método adecuado para la separación del MTBE del agua y que mejora notablemente la catálisis homogénea ya que permite trabajar con materiales que presentan buena estabilidad y pueden ser reutilizados para trabajar en reactores discontinuos o continuos.

Referencia:
Gonzalez-Olmos, R., Kopinke, F.-D., Mackenzie K., Georgi, A. Hydrophobic Fe-zeolitas for removal of MTBE from water by combination of Adsorption and Oxidation, Environmental Science & Technology , 2013, 47, 2353 -2360.

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