Eliminación de haluros de las aguas destinadas a consumo humano mediante nuevos materiales

Resumen

La desinfección del agua potable es uno de los grandes logros alcanzados en el siglo pasado ya que permite la eliminación y/o prevención de las enfermedades transmitidas por el agua no potable. Los procesos de desinfección usados en el tratamiento del agua potable como son: cloración, cloraminación, uso de dióxido de cloro, ozonización, tratamiento con radiación ultravioleta y UV/peróxido de hidrógeno, dan lugar a la formación de los denominados subproductos de desinfección. La presencia de iones cloruro, bromuro y/o ioduro en las aguas naturales favorece la formación de los DBPs clorados, bromados y/o iodados. Al objeto de prevenir la formación de los DBPs, los diferentes procesos empleados en el tratamiento del agua potable se enfrentan el reto de eliminar o reducir sustancialmente la concentración inicial de Cl-, Br- y/o I-, con el fin de evitar la formación de los correspondientes cloro, bromo y/o iodo derivados que poseen efectos carcinogénicos y/o genotóxicos. En esta Tesis Doctoral se estudia el desarrollo y la aplicación de nuevos materiales para la eliminación de iones haluro (F-, Cl-, Br- y I-) de las aguas, antes de la aplicación de cualquier tratamiento convencional de desinfección debido a que los iones bromuros y yoduros son constituyentes naturales de las aguas, cuya presencia en las mismas puede ser debido a intrusiones marinas o a la naturaleza de los materiales geológicos que constituyen el acuífero o debida a actividades antropogénicas tales como la minería, la desalinización de agua de mar, el uso de pesticidas o el vertido de efluentes industriales, ha provocado el aumento de la concentración de iones halogenados en las mismas. Se propone el uso de nuevos materiales: • Material polimérico dopado con nanopartículas de plata (Ag-Cloth) • Nanopartículas de plata (Ag-NPS) • Micropartículas magnéticas (Ag-MPs) con Ag (0) • Xerogeles de sílice dopados con lantano Los materiales estudiados fueron caracterizados mediante las técnicas XPS, HRSEM, Espectrometía UV-Vis, DLS, Susceptibilidad Magnética, DRX, FTIR, antes y después de cada tratamiento, avalando así los resultados obtenidos. Material polimérico dopado con nanopartículas de plata (Tela-Ag) para eliminar los iones bromuro y yoduro presentes en el agua destinada a consumo. El uso de plata asegura una retirada selectiva de los iones haluro, inmovilizándolos en la superficie del material polimérico. El material polimérico propuesto es eficiente en la retirada de iones Br- y I- del agua, siendo necesaria la oxidación de la plata inmoviliza en su superficie. Además, dicho proceso de oxidación no provoca la lixiviación de la plata depositada en la superficie del material polimérico. La concentración inicial de peróxido de hidrógeno influye en el proceso de quimisorción de los haluros en la Ag-Cloth, existiendo una concentración óptima a partir de la cual se ve favorecido el proceso de reducción de la Ag+ a Ag0, reduciéndose la capacidad del material para retirar iones haluro del medio. El proceso de eliminación de iones haluro mediante la Ag-Cloth depende del pH, ya que la reacción de oxidación de la Ag0 con el H2O2 depende del pH del medio. Nanopartículas de plata (Ag-NPS) para la eliminación del ion bromuro y el ion cloruro en aguas destinadas a consumo humano, mostrando que el sistema Ag- NPs/H2O2 es efectivo en la eliminación de iones cloruro y bromuro de las aguas, debido a la precipitación química selectiva de AgCl y AgBr en la superficie de los AgNPs, alcanzándose un porcentaje de eliminación del 100% para los iones Br- a pH básico. Las concentraciones óptimas de H2O2 y AgNPs son función del haluro considerado. El estudio de los radicales involucrados en el proceso de eliminación de haluros mediante el sistema Ag-NPs/H2O2 permitió demostrar la participación de los radicales OH• y O2•- en el proceso de oxidación de Ag0 a Ag+. La presencia de iones cloruro en el medio reduce ligeramente la eficacia del sistema Ag- NPs/H2O2, mientras que la presencia de materia orgánica disuelta disminuye de forma considerable la misma. Las Ag-NPs pueden ser regeneradas mediante radiación solar y radiación UV, siendo más eficaz la regeneración realizada mediante radiación UV. Micropartículas magnéticas (Ag-MPs) con Ag (0). Las Ag-MPs permiten la retirada de iones haluro del medio, previa oxidación de las mismas con un agente oxidante como el peróxido de hidrógeno. La eficacia del sistema Ag-MPs/H2O2 depende del pH del medio, estando favorecido a pH ácido y neutro, y de la presencia de materia orgánica disuelta, ya que esta interfiere en el proceso de oxidación de las Ag-MPs. Los resultados obtenidos para la regeneración de las Ag-MPs mediante radiación UV y radiación solar indican que es posible regenerarlas, pero la eficiencia del sistema Ag- MPs/H2O2 disminuye con cada ciclo de regeneración. El estudio de citotoxicidad indica qque las Ag-MPs no son tóxicas para las concentraciones estudiadas. Xerogeles de sílice dopados con lantano para separar de modo eficiente los iones F- presentes en agua. Son materiales amorfos, mesoporosos, que poseen una elevada área superficial, con una superficie uniforme, como mostraron las imágenes HSEM obtenidas para cada uno de ellos. Por otra parte, los resultados obtenidos mediante EDX y XPS pusieron de manifiesto la presencia de La3+ en la superficie del material. El estudio de como varía la capacidad de adsorción en función del pH del medio indica que el proceso es pH dependiente, siendo más eficiente el proceso a pH ácido. Además, los resultados obtenidos para la influencia de la temperatura, indican que la capacidad de adsorción de los xerogeles disminuye al hacerlo la temperatura. La presencia de materia orgánica disuelta favorece el proceso de adsorción de los iones fluoruro sobre los xerogeles, resultado que avalaría el uso de estos materiales antes de someter las aguas destinadas a consumo al proceso de oxidación de la materia orgánica disuelta. Finalmente, resaltar que la naturaleza de la matriz acuosa es un factor determinante desde el punto de vista de su aplicabilidad, ya que los iones disueltos pueden competir con los sitios activos del material en la retirada de los iones fluoruro presentes.