Desarrollo de un sistema de purificación de agua basado en nanotecnología para zonas rurales

La nanotecnología se ha convertido en una herramienta clave en la lucha para resolver la crisis global del agua. Esta tecnología permite eliminar contaminantes a nivel molecular. Así se optimizan los procesos de tratamiento y ofreciendo soluciones más sostenibles.

La nanotecnología involucra el diseño, manipulación y uso de materiales y dispositivos en una escala extremadamente pequeña, a nivel de átomos y moléculas. A estas diminutas escalas, las propiedades de los materiales pueden cambiar significativamente, lo que abre la puerta a aplicaciones innovadoras en varios campos. Estos incluyen la purificación del agua.

Sistemas avanzados

Uno de los avances más notables en nanotecnología es el desarrollo de sistemas de filtración por membranas. Utilizando nanomateriales como el óxido de grafeno y los nanotubos de carbono, estos sistemas crean membranas ultrafinas con capacidades únicas para filtrar contaminantes a nivel molecular. Otras aplicaciones interesantes son las siguientes.

Desinfección con nanopartículas

Las nanopartículas han demostrado ser herramientas efectivas para la desinfección del agua. Debido a su tamaño diminuto pueden aprovechar muy bien las propiedades antimicrobianas. Esto las convierte en una opción viable para eliminar patógenos de manera eficiente y sostenible.

Por ejemplo, hay un sistema de desinfección que utiliza nanopartículas de plata. Este sistema libera iones de plata en el agua, eliminando eficazmente bacterias y virus sin la necesidad de productos químicos adicionales.

Recubrimientos autolimpiantes

La eficiencia de los sistemas de tratamiento de agua depende en gran medida de su mantenimiento. La nanotecnología ha introducido recubrimientos autolimpiantes que ayudan a mantener estos sistemas libres de bioincrustaciones y otros contaminantes.

AquaClear, una empresa emergente, ha desarrollado un nanorecubrimiento que se aplica a las membranas de filtración. Este recubrimiento crea una superficie superhidrófila que repele la materia orgánica, evitando la acumulación de contaminantes y reduciendo así la necesidad de limpiezas frecuentes.

Tratamiento fotocatalítico

La fotocatálisis es una técnica que utiliza la luz junto con un catalizador para descomponer contaminantes en el agua. En este ámbito, los nanomateriales como el dióxido de titanio (TiO2) juegan un papel decisivo. Actúan como fotocatalizadores que generan especies reactivas capaces de degradar contaminantes orgánicos y eliminar bacterias, al absorber energía luminosa.

NanoWaterTech tiene un sistema de tratamiento que incorpora nanopartículas de TiO2 en una membrana. Al exponerse a la luz ultravioleta, estas nanopartículas generan especies reactivas que descomponen contaminantes orgánicos, desinfectan el agua y eliminan olores.

Una innovación en México

La doctora Patricia Amézaga Madrid, ganadora del Premio Ada Byron a la Mujer Tecnóloga en 2023, desarrolló en México una nanopartícula innovadora. Esta promete revolucionar el tratamiento de aguas residuales.

Esta nanopartícula permite una remoción del 99.5% de los contaminantes y tiene la capacidad de reducir en un 15% la generación de lodos tóxicos. La nanopartícula está basada en óxidos de hierro, específicamente utilizando magnetita, con el objetivo de mejorar la eficiencia en el tratamiento de aguas residuales.

La Dra. Amézaga explicó que cada cristalito de la nanopartícula tiene un área superficial hueca. Esto permite que toda la superficie esté expuesta para absorber contaminantes menores a 200 nanómetros. Para probar su eficacia llevó a cabo experimentos comparando el uso del coagulante sólido tradicional, con la adición de sus nanopartículas.

Inicialmente, el coagulante solo logró remover el 88% de los sólidos en suspensión. Sin embargo, al agregar un miligramo de las nanopartículas, la eficiencia de remoción aumentó al 96%. Con una mayor cantidad de nanopartículas, el porcentaje de remoción se elevó al 99.5%.

Así mismo, se probó que al reducir la cantidad de coagulante en un 10 o 15% y reemplazarlo con las nanopartículas, se logra una mayor remoción de contaminantes. Así mismo, una disminución significativa en la producción de lodos tóxicos.

A pesar de los prometedores resultados obtenidos, la Dra. Amézaga señaló que su investigación aún necesita ser probada a mayor escala en una planta de tratamiento en Chihuahua. Sin embargo, este paso requiere de una inversión que aún no se ha efectuado.

Los desafíos

Uno de los principales desafíos en el desarrollo de sistemas de purificación de agua para zonas rurales es la accesibilidad y el costo de los materiales utilizados. La nanotecnología ofrece la posibilidad de crear filtros y membranas más eficientes y duraderos, lo que se traduce en una mayor vida útil del sistema de purificación y, por lo tanto, en un menor costo a largo plazo.

Uno de los principales retos que enfrenta el desarrollo de sistemas de purificación de agua basados en nanotecnología para zonas rurales es la escala de producción y distribución. Es fundamental garantizar que estos sistemas puedan fabricarse a gran escala y llegar a las comunidades rurales que más lo necesitan. Para ello, es necesario establecer alianzas estratégicas con gobiernos, organizaciones no gubernamentales y empresas privadas para asegurar la implementación y sostenibilidad de estos sistemas a largo plazo.

En la actualidad, existen varios proyectos de investigación y desarrollo que están explorando el potencial de la nanotecnología en la purificación de agua para zonas rurales. Estos proyectos buscan optimizar los materiales y procesos para crear sistemas de purificación de agua más eficientes, económicos y sostenibles. Además, se están llevando a cabo pruebas piloto en diferentes comunidades rurales para evaluar la viabilidad y eficacia de estos sistemas en condiciones reales.

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