Investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge han descubierto un adsorbente con alta selectividad para cromo y arsénico en condiciones reales donde los recursos hídricos contienen muchos elementos químicamente similares.
El cromo y el arsénico son subproductos de una serie de minería, procesos de producción y fabricación. Ambos son tóxicos y pueden causar efectos adversos para la salud, incluido el cáncer. Incluso los niveles bajos presentan riesgos significativos para los organismos vivos porque las dosis se bioacumulan o aumentan con cada exposición y pueden alcanzar gradualmente cantidades dañinas.
En el agua, estos metales se disuelven para formar oxoaniones de cromato y arseniato, o sales, que son químicamente similares a los minerales beneficiosos que están naturalmente presentes en el agua, incluidos fosfato, sulfato, nitrato y bicarbonato. El cromato y el arseniato son muy móviles en el agua y pueden tener impactos de largo alcance. No se degradan y son permanentes en el medio ambiente sin intervención. Se necesitan enfoques específicos para separar estos metales de las sales minerales inofensivas que son vitales para el ecosistema.
Incorporar los adsorbentes
Aquí es donde entran los adsorbentes. Los adsorbentes son materiales que están diseñados para apuntar a elementos específicos y unirlos a una superficie. Tienen amplias aplicaciones para ayudar a recuperar metales preciosos o eliminar contaminantes del medio ambiente.
En un artículo publicado en la revista Small, los científicos de Oak Ridge explican que el nuevo adsorbente que descubrieron captura cromo y arsénico en una proporción equilibrada de 2 a 1. El avance fundamental crea una sinergia entre la captura de cromo y arsénico, de modo que cuanto más cromo agarra el material, más arsénico también puede eliminar.
«Es raro que un adsorbente capture dos contaminantes simultáneamente y funcione de manera rápida y eficiente en escenarios realistas para abordar la amplia gama de condiciones del agua en todo el mundo», dijo Santa Jansone-Popova, coautora del estudio, en un comunicado de prensa. .
Pulido de un enfoque anterior
Jansone-Popova dirigió anteriormente el diseño de un adsorbente con alta selectividad para el cromato que funciona rápidamente y en presencia de especies competidoras para descontaminar el agua. Un estudio publicado en Environmental Science and Technology mostró la el material nuevo redujo las concentraciones de cromato veces en un minuto (1 parte por millón a partes por mil millones) y alcanzó un nivel de un orden de magnitud por debajo de los límites permitidos establecidos por la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. Al asociarse con su colega Ping Li, Jansone-Popova decidió aprovechar ese enfoque anterior para desarrollar un marco para capturar tanto el cromato como el arseniato con un solo material. “Nuestro material de partida es muy eficaz para capturar cromo en su forma más tóxica, el cromo hexavalente, pero el enfoque no fue diseñado para ser selectivo con el arsénico”, dijo Li. “A medida que ocurre esta reacción, sin embargo, el material cambia, creando una plataforma para nuevas químicas”. Los investigadores modificaron la estructura original para reducir el cromo-6 capturado a un estado menos tóxico, el cromo-3. El cromo-3 también tiene la ventaja de proporcionar un punto de anclaje para unir el arseniato. La nueva estructura permite una reacción química que forma grupos estables de cromato-arseniato que están fuertemente unidos a la superficie. El resultado atrapa eficazmente las toxinas de forma permanente porque no se lavarán ni se desprenderán del material del filtro sin una eliminación intencional mediante un procesamiento químico. “Aprovechamos la captura eficiente de cromo hexavalente para introducir una nueva arquitectura que también podría unirse con arsénico”, dijo Li. El arseniato de cromato, una vez utilizado como aditivo en la madera tratada a presión, inspiró la estructura. El equipo ha patentado la estructura y está trabajando con colaboradores para ampliar el enfoque a otros contaminantes ambientales. “Descubrimientos fundamentales como estos pueden ayudarnos a reducir los contaminantes tóxicos en el medio ambiente y cumplir con los objetivos normativos para el agua limpia”, dijo Jansone-Popova.
