Removal of nitrates in groundwater using polymeric catalytic membranes

Abstract

La creciente contaminación por nitratos del agua subterránea se presenta como un problema a nivel global. Este deterioro está producido principalmente por fuentes agrarias (fertilizantes y purines) e industriales y domésticas (descarga de agua residual sin tratamiento previo). Por ello, en la actualidad, existen dos tipos de tecnologías que eliminen dichos aniones del agua, tecnologías de separación (osmosis inversa, electrodiálisis e intercambio iónico) y tecnologías de transformación (reducción biológica y reducción catalítica). En esta Tesis Doctoral, se desarrolla la reducción catalítica en presencia de hidrógeno a través de la fabricación de membranas poliméricas para su ensamblado en un contactor de membranas de fibra hueca. Estas fibras huecas, fabricadas mediante la técnica de spinning, contienen nanopartículas de catalizador mono- o bimetálico para la reducción de nitritos y/o nitratos. Como resultado, se han obtenido concentraciones inferiores a 3 ppm de NO2- y 50 ppm de NO3-, límites establecidos por la Organización Mundial de la Salud para agua de consumo humano, así como altas selectividades a nitrógeno (superiores a 83%).The increasing nitrate pollution of groundwater is a global problem. This degradation is mainly caused by agricultural sources (fertilizers and manures) and industrial and domestic sources (discharge of wastewater without prior treatment). Therefore, at present, there are two types of technologies that remove these anions from water, separation technologies (reverse osmosis, electrodialysis and ion exchange) and transformation technologies (biological reduction and catalytic reduction). In this Doctoral Thesis, catalytic reduction in the presence of hydrogen is developed through the fabrication of polymeric membranes for assembly in a hollow fiber membrane contactor. These hollow fibers, fabricated by spinning technique, contain mono- or bimetallic catalyst nanoparticles for nitrite and/or nitrate reduction. As a result, concentrations below 3 ppm NO2- and 50 ppm NO3-, limits established by the World Health Organization for water for human consumption, have been obtained, as well as high nitrogen selectivities (above 83%).investigación se ha realizado con financiación del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades de España a través de la ayuda PEJ2018-003323-A. Además, ha recibido soporte económico de diferentes proyectos de investigación: “Separaciones microfluídicas de elevado rendimiento. Retos y oportunidades”. Proyecto RTI2018-093310-B-I00 financiado por MCIN/AEI/10.13039/501100011033/FEDER “Una manera de hacer Europa”. “HYLANTIC: Atlantic network for renewable generation and supply of hydrogen to promote high energy efficiency”. Proyecto EAPA_204/2016 en el marco INTERREG ATLANTIC financiado por la UE a través de los Fondos Europeos de Desarrollo Regional (FEDER). “Análisis de la eficiencia en la conversión de energía solar en hidrógeno a partir de agua de mar”. Proyecto PLEC2021-007718 financiado por MCIN/AEI/10.13039/501100011033 y por la UE Next GenerationEU/PRTR. “Piloto demostrador de un sistema híbrido solar fotovoltaico-hidrógeno para el abastecimiento energético en el ámbito residencial”. Proyecto TED2021-129951B-C21 financiado por MCIN/ AEI /10.13039/501100011033 y por la UE Next GenerationEU/PRTR