Materiales impresos en 3D para depurar aguas contaminadas

Fabricación de dispositivos recubiertos con materiales adsorbentes para eliminar distintas sustancias químicas del agua


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Por Andreu Figuerola, Universitat de les Illes Balears; Fernando Maya Alejandro, University of Tasmania; Gemma Isabel Turnes, Universitat de les Illes Balears


 

Hoy en día, la impresión 3D es una tecnología en auge que permite la fabricación de objetos mediante la superposición de capas sucesivas de un determinado material.

La mejor cualidad de esta herramienta es la gran variedad de objetos que se pueden producir con un simple clic de manera rápida, sencilla y sin esfuerzo. Esto hace que esta tecnología se haya introducido en muchos campos y cada día lo haga en más. Una de ellos es la purificación de aguas.

 

Ningún país se libra de la contaminación

Es habitual encontrar noticias sobre distintos incidentes relacionados con la contaminación del agua. Miles de ecosistemas han sido destruidos por la contaminación causada por el hombre.

A menudo, medios de comunicación se hacen eco únicamente de las noticias de contaminación de agua cuando se trata de países del primer mundo. Un ejemplo reciente es el gran desastre medioambiental que sufre el Mar Menor, en España. Miles de organismos fueron devastados por los efectos de la polución de origen antropogénico. Pero realmente solo son la punta del iceberg. El agua es un bien indispensable y limitado y, por ello, son extremadamente importantes su cuidado y mantenimiento para su reutilización.

 

Impresión 3D aplicada a la depuración de aguas

Actualmente, los métodos de tratamiento de aguas constan de muchas y diferentes etapas que varían dependiendo de su procedencia, ya sea fluvial, industrial, residual…

Aunque se trata de un campo aún por explorar, la impresión 3D puede hacer importantes aportaciones a la purificación de aguas. En nuestro grupo de investigación hemos utilizado recientemente esta tecnología para fabricar dispositivos recubiertos con materiales adsorbentes para depurar disoluciones acuosas con distintos colorantes de uso industrial.

Los materiales que se obtienen por impresión 3D son poco adsorbentes, por lo que su aplicación para la eliminación de contaminantes es limitada. Una alternativa es utilizarlos como soporte para la incorporación de materiales adsorbentes.

Un factor a tener en cuenta es que cuanto mayor sea el área del dispositivo 3D, mayor será la cantidad de material adsorbente que se puede incorporar. Por esta razón, el dispositivo diseñado y fabricado por nuestro grupo consiste en un módulo con canales interconectados entre sí. Esto aumenta la superficie dentro del mismo y, por lo tanto, la superficie a la que se puede añadir el material adsorbente.

 
Esquema de un dispositivo impreso en 3D recubierto con material adsorbente. Author provided

 

Materiales que atrapan la contaminación

Una de las ventajas de los materiales adsorbentes es que podemos modificar su composición para eliminar uno o varios contaminantes. No obstante, son difíciles de utilizar. Su pequeño tamaño y forma irregular complican su extracción en fase acuosa, una vez han atrapado los agentes contaminantes.

Tanto los dispositivos obtenidos mediante impresión 3D como los materiales adsorbentes tienen distintas ventajas y desventajas. Por eso es interesante combinarlos para obtener los máximos beneficios por ambas partes.

Un método muy simple para incorporar estas sustancias a la superficie de los dispositivos es hacerlo justo después de su impresión, aprovechando que están blandos y pegajosos. De esta manera, por simple contacto, se puede depositar en su superficie un carbón adsorbente sintetizado. El resultado es un dispositivo 3D adsorbente.

Para probar su eficacia en el laboratorio, preparamos una serie de disoluciones que contenían distintos colorantes industriales (rosa, verde, azul) y en las que introdujimos los dispositivos fabricados.

Con el tiempo, observamos la decoloración de todas las disoluciones. En todos los casos, perdieron totalmente el color antes de 24 horas debido a la adsorción del colorante por parte del dispositivo 3D.

Estos dispositivos 3D altamente porosos tienen una vida útil prolongada. Repetimos la prueba con el mismo dispositivo varias veces y mantuvo su gran efectividad sin perder eficiencia.

En otros ensayos, utilizamos una membrana sintética como método alternativo para unir los dispositivos 3D y el material adsorbente. En este caso, utilizamos el dispositivo resultante para degradar colorantes industriales. Para conseguirlo, usamos un material adsorbente que, en presencia de un precursor, es capaz de degradar las contaminantes a moléculas más simples y menos peligrosas.

Como en el caso anterior, hicimos pruebas para degradar colorantes industriales (verde, naranja, rosa, azul). Los resultados obtenidos fueron excelentes: la decoloración de las disoluciones llevó menos de 30 minutos y pudimos repetir el proceso numerosas veces, demostrando que el dispositivo puede reutilizarse.

En conclusión, nuestros estudios han permitido la incorporación de materiales adsorbentes sobre dispositivos 3D mediante dos métodos distintos, dotándolos de cualidades que no presentaban anteriormente.

Los dispositivos 3D que hemos desarrollado han demostrado ser efectivos para la eliminación de contaminantes. Además, los estudios de estabilidad y durabilidad a largo plazo sugieren que se podrían aplicar a mayor escala para la purificación de agua.

The Conversation

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