Técnicas de modificación de superficies mediante nanotecnología sobre materiales poliméricos, metálicos, madera, textil

1. Resumen y motivación del proyecto.

Además, en la actualidad la mayoría de los países industrializados deben hacer frente a problemas crecientes en cuanto a la depuración de las aguas potables, ya que cada vez hay más demanda de aguas limpias, hay más sequías, la población crece y la normativa de salubridad es cada vez más estricta.Los contaminantes procedentes de las aguas municipales e industriales consisten en una combinación de

materia orgánica e inorgánica, aceites, grasas, sustancias tóxicas, y microorganismos patógenos. Estos vertidos, sin un tratamiento apropiado, presentan potencialmente un elevado peligro de infección y toxicidad para la población, especialmente en el caso de los contaminantes xenobióticos  donde actualmente existe un grave problema en la eliminación de los vertidos.

De ahí la gran importancia que posee una correcta depuración de aguas, así como la investigación para la mejora de la eficiencia de las técnicas actuales utilizadas y sus costes asociados.

Es en este contexto donde surge el presente proyecto de I+D – cofinanciado por el Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial (IVACE) y los Fondos Europeos para el Desarrollo Regional (Fondos FEDER) – el cual consiste en desarrollar nuevas técnicas de depuración fotocatalítica de aguas mediante la utilización de nanomateriales recuperables y reutilizables basados en nanopartículas con efecto fotocatalítico.

 En los últimos años se han llevado a cabo numerosas investigaciones en las que se observa la elevada efectividad que ciertas nanopartículas presentan para la oxidación, adsorción y eliminación de contaminantes, especialmente orgánicos, e incluso como biocidas. Es por ello que se espera de las nanopartículas un papel crucial en las futuras técnicas de depuración de aguas.

1. Objetivos del proyecto.

La desventaja que presenta el uso de nanopartículas en la depuración de aguas residuales es que son extremadamente difíciles de retener, y son arrastradas por las aguas tratadas. Por este motivo se está estudiando su anclaje en lechos, soportes o membranas, sin embargo eso conlleva normalmente una importante disminución de su actividad fotocatalítica inherente a la elevada relación de superficie/volumen, ya que esta relación disminuye cuando las nanopartículas son fijadas en soportes.

Con todo esto, los objetivos que este proyecto persigue, son en primer lugar, el estudio de la actividad fotocatalítica de diversas nanopartículas o nanocompuestos, y en segundo lugar, analizar las diferentes técnicas que se pueden utilizar para su recuperación. Dichas técnicas consistirán en funcionalizar las nanopartículas con compuestos con actividad magnética, de modo que se puedan recuperar con la aplicación de campos magnéticos. También se seguirá la estrategia de funcionalizar los (nano) fotocatalizadores de manera que se puedan anclar a una superficie determinada y permanecer fijos, o impregnar de nanopartículas sustratos porosos, etc. Las técnicas de recuperación desarrolladas en el proyecto deberán permitir que los nanocompuestos mantengan en gran medida su actividad fotocatalítica, presentando una superficie activa adecuada para la degradación fotocatalítica de ciertos contaminantes y una mínima lixiviación o pérdida de eficacia con el tiempo de los nanocompuestos.

El proyecto tiene una duración prevista de 3 años, desde enero de 2015 a diciembre de 2017.

1. Resultados esperados.

Los principales resultados del proyecto serán:

• Desarrollo de sistemas fotocatalíticos de alta efectividad, mediante el empleo de nanotecnología, que puedan eliminar contaminantes orgánicos del agua, especialmente aquéllos de difícil eliminación como los recalcitrantes o ciertos contaminantes xenobióticos. Estos sistemas en los que se requiere de luz, bien solar o mediante lámparas ultravioletas, para la generación de especies activas, permitirán la eliminación de componentes orgánicos.
• Desarrollo de nanosistemas que incluyan nanopartículas con actividad fotocatalítica, que permitan su reutilización o recuperación.
• Desarrollo de métodos de ensayo para caracterizar la eficacia en la eliminación de contaminantes de las aguas mediante los sistemas nanotecnológicos desarrollados.
• Desarrollo de métodos de análisis para determinar el grado de recuperación de nanosistemas o el grado de lixiviación si las nanopartículas se encontrasen ancladas.
• Desarrollo de una unidad demostrativa a escala de laboratorio de depuración de contaminantes industriales.

• Obtención de un sistema de depuración fotocatalítico con capacidad de ser empleado para el tratamiento de contaminantes persistentes o recalcitrantes, y que pueda deslocalizarse y aprovechar fuentes de energía renovables, como energía eólica o solar.

1. Beneficios del proyecto para las empresas.

Los sistemas fotocatalíticos a desarrollar en este proyecto permitirán aumentar la biodegradabilidad de corrientes residuales con altas concentraciones de contaminantes recalcitrantes, actuarán reduciendo y/o eliminando estas sustancias, produciendo un aumento de la cantidad de agua regenerada, aumentando la calidad del efluente y posibilitando su vertido más allá de la legislación vigente.

El 59% del consumo total de agua en los países desarrollados se destina a uso industrial, el 30% a consumo agrícola y un 11% a gasto doméstico, según se constata en el tercer informe de Naciones Unidas sobre el desarrollo de los recursos hídricos del mundo, “Agua para todos, agua para la vida” (marzo 2009). El sector productor no sólo es el que más gasta, también es el que más contamina.

Más de un 80% de los desechos peligrosos del mundo se producen en los países industrializados, mientras que en las naciones en vías de desarrollo un 70% de los residuos que se generan en las fábricas se vierten al agua sin ningún tipo de tratamiento previo, contaminando así los recursos hídricos disponibles.

El proyecto desarrolla estrategias para la reutilización de aguas, y en especial los contaminantes xenobióticos y recalcitrantes que tan perjudiciales resultan para la población.

Algunos efluentes industriales son ricos en materia orgánica disuelta, de la cual una parte es de difícil degradación y permanece en el efluente después del tratamiento por procesos biológicos. Por ejemplo, en industrias de celulosa los efluentes son altamente coloridos, debido principalmente a la presencia de lignina residual y compuestos organoclorados (reconocidos recalcitrantes).

Un estudio reciente confirma que diferentes compuestos organoclorados están presentes en la composición de los efluentes de blanqueamento de la pasta celulósica, entre los cuales se pueden citar: clorofenol, clorobenzeno, cloroguaicol, dibenzofurano y dibenzodioxinas.  Los nanosistemas desarrollados en el proyecto serán una herramienta efectiva para eliminar este tipo de contaminantes persistentes.

Todo esto conllevará una mejora de la competitividad de los sectores productores de la Comunitat Valenciana, beneficiarios últimos del proyecto al disponer de nuevas herramientas de diferenciación y validación de la calidad de sus productos.

[1] El concepto de xenobiótico se aplica a los compuestos cuya estructura química en la naturaleza es poco frecuente o inexistente debido a que son compuestos sintetizados por el ser humano en el laboratorio. Por otro lado, los contaminantes recalcitrantes son aquellos que por tener una estructura muy estable químicamente, se resisten al ataque de los microorganismos o de cualquier mecanismo de degradación sea biológico o químico.