Uso de nanomateriales magnéticos y destilación por membrana para el tratamiento de iones fluoruro y arsénico en solución

En la Argentina 40 millones de habitantes tienen acceso al agua potable por red pública (la cobertura de agua es del 87%) según el último censo 2010. El abastecimiento de agua para consumo humano está definido como un servicio que suministra agua en cantidad y calidad para el desarrollo de la vida de los individuos en un ámbito saludable, ambos aspectos deben estar plenamente garantizados. Por todo esto, el acceso a agua potable es la clave para la protección de la salud, por lo que se ha convertido en una necesidad de las sociedades modernas. En particular, las elevadas concentraciones de contaminantes, específicamente fluoruro y arsénico en aguas naturales son un problema en muchos lugares. En el año 2000 se estimaba que más de dos millones de personas en Argentina estaban potencialmente expuestas a la ingestión de aguas con más de 1 mg.L-1 (1ppm) de arsénico. En relación con la cantidad de fluoruro ingerido, la consecuencia más a las altas concentraciones de fluoruro producen fluorosis esquelética, dañan los sistemas gastrointestinal, renal, hepático e inmunológico. No existe actualmente una parte del tratamiento dedicada a la eliminación de fluoruros o arsénico en solución según los niveles que indica el Código alimentario argentino, por lo tanto, el desarrollo de este tipo de tratamientos a gran escala, sigue siendo de vital importancia para nuestro país, señalando la necesidad de unificar y controlar criterios que mejoren la calidad del agua de consumo, para toda la población argentina. Para la remoción de fluoruros en aguas de consumo humano, se han propuesto en los últimos tiempos métodos altamente eficientes, que tienen la desventaja de ser muy costosos como la ósmosis inversa y la electrodiálisis, pero entre las diferentes tecnologías que existen hoy en día, se destacan la adsorción y la destilación por membrana por su fácil aplicación y bajo costo. Después de llevar a cabo la adsorción, los adsorbentes suelen ser difíciles de separar de la solución o dejan residuos, lo que requiere un tratamiento adicional para alcanzar la calidad deseada. Por este motivo en los últimos años surgieron adsorbentes magnéticos que pueden separarse fácilmente del agua tratada mediante la aplicación de un campo magnético externo que puede ser generado por diferentes fuentes, como por ejemplo imanes de Neodimio. En este trabajo, y con el fin de abaratar costos y/o mejorar los tratamientos actuales de aguas contaminadas, se proponen dos estrategias: - El empleo de la técnica de destilación de membrana para la remoción de fluoruro, arsénico y ácidos húmicos, como así también corrientes con una mezcla de estos contaminantes. - El empleo de nanomateriales magnéticos como adsorbentes de fluoruro, As (III) y As (V) y como fotocatalizadores para la oxidación de As (III) a As (V). - Emplear un equipo por destilación de membrana de fabricación íntegramente casera y que funciona actualmente en la Universidad de Aalborg, Dinamarca para la remoción de fluoruros y arsénico. Esta metodología requiere menos energía para la destilación (por lo tanto menor costo para su funcionamiento), entregando agua de alta calidad y apta para consumo. - Comparar la técnica de destilación por membrana con la nanofiltración, utilizada actualmente para el tratamiento de aguas, también en la Universidad de Aalborg. - Sintetizar y caracterizar nanopartículas de óxidos de hierro recubiertas con hidróxido de aluminio para facilitar la adsorción química de fluoruros. - Evaluar la eficiencia de los materiales sintetizados como nanoadsorbentes de fluoruro. - Investigar la capacidad de reciclado de los nanomateriales magnéticos usados en la adsorción de fluoruro y comprobar su toxicidad en células hepáticas humanas, como modelo in vitro para evaluar el metabolismo xenobiótico humano. - Investigar el empleo de los nanomateriales magnéticos sintetizados en esta tesis y nanocompositos de Fe-Cu como fotocatalizadores de la oxidación de As (III) a As (V).Facultad de Ciencias Exacta

Water Defluoridation: Nanofiltration vs Membrane Distillation

Nowadays, fluoride contamination of drinking water is a major problem for various countries, because high concentrations of fluoride pose a risk of dental and skeletal fluorosis. Over past years, membrane nanofiltration (NF) has been proposed as convenient defluoridation technology. However, NF cannot be applied to water systems with high fluoride concentration, and the disposal of the membrane concentrate remains an issue. In this work, we compared a commercial polyester NF membrane and a polypropylene hollowfiber membrane distillation (MD) module for their ability to remove fluoride ions from water in the presence of hardness ions and organic fouling agents. The NF membrane can offer more than 10 times higher water productivity than MD, under realistic gradients of temperature and pressure, respectively. Despite that, after reaching a concentration factor of about 3, fouling and scaling caused the flux to drop to about 80% with respect to its initial value. Moreover, F− retention decreased from 90% to below 80%, thus providing a permeate of scarce quality. MD was operated in the direct-contact mode on a polypropylene hollowfiber membrane, which was charged with a hot feed flow (average T = 58 °C) on one side and a cooled (20 °C) permeate flow of distilled water on the other side. The concentration of fluoride ions in the permeate was always below the detection limit of our electrode (0.2 ppm), regardless of the fluoride concentration in the feed. Moreover, the MD module showed higher resistance to fouling and scaling than NF, and CaF2 crystals were recovered from the MD concentrate after cooling. These results suggest that the synergic combination of the two techniques might be beneficial for the purification of fluoridecontaminated water systems: MD can be used to further concentrate the NF retentate, thus producing high-purity water and recovering CaF2 crystals.Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicada