El nitrato, un compuesto químico comúnmente encontrado en agua contaminada, ha ganado creciente atención debido a sus efectos adversos en la productividad humana y la vida. Los altos niveles de nitrato en el agua suelen ser el resultado de la descarga de aguas residuales industriales y el uso excesivo de fertilizantes en la agricultura. En un esfuerzo por enfrentar este desafío ambiental, un equipo internacional de investigadores ha estado estudiando la eliminación eficiente del nitrato.
Se han empleado diversas técnicas para eliminar el nitrato del agua, como la desnitrificación biológica, una tecnología madura y económica. Sin embargo, los procesos biológicos son a menudo lentos y fácilmente afectados por las condiciones ambientales variables, como la temperatura y la disponibilidad de suministros de carbono. Los investigadores han identificado la electrocatálisis, que no requiere de químicos ni produce lodos, como una solución prometedora para la eliminación de nitratos.
En este contexto, los investigadores de la Universidad Minzu de China y la Universidad de Wuhan han desarrollado una nueva tecnología utilizando membranas de nanotubos de carbono modificadas con Pd-Cu (paladio-cobre) para reducir los nitratos en un reactor electroquímico de flujo continuo. Esta tecnología presenta un significativo potencial para resolver el problema del nitrato en el agua.
Los electrocatalizadores actuales, comúnmente placas convencionales, presentan limitaciones debido a la transferencia de masa, disminuyendo la tasa general de reducción de nitrato. Para superar este obstáculo, los investigadores han fabricado una nueva membrana de nanotubos de carbono modificada con Pd-Cu en un sustrato de fluoruro de polivinilideno (PVDF), lo que permite una mayor eficiencia en la reducción de nitratos.
El equipo descubrió que la membrana obtenida con una relación Pd:Cu de 1:1 mostró una alta eficiencia en la eliminación del nitrato y una alta selectividad de N2. La eficiencia de la eliminación de nitrato fue del 56,2 %, y la selectividad del N2 fue del 23,8 % para la membrana con la proporción Pd:Cu de 1:1, operada a -0.8 V. Adicionalmente, observaron que la eliminación de nitrato se potenciaba bajo condiciones ácidas, mientras que la selectividad del N2 disminuía.
En un esfuerzo adicional por mejorar la tasa de transferencia de masa, los investigadores evaluaron el efecto del flujo de la membrana en la reducción de nitrato. Descubrieron que al incrementar el flujo de la membrana, la tasa de transferencia de masa mejoraba notablemente, resultando en un aumento significativo en la tasa de eliminación de nitrato.
En conclusión, la membrana de nanotubos de carbono modificada con Pd-Cu fue preparada exitosamente a través del método de electrodeposición, y se construyó un sistema electrocatalítico de flujo continuo para reducir los nitratos. Esta tecnología representa un avance importante para la eficiente eliminación del nitrato y ofrece perspectivas de amplia aplicación. Sin duda, este estudio representa un paso significativo hacia la mejora de la calidad del agua y la protección de nuestra salud y medio ambiente.
Referencia: http://dx.doi.org/10.1007/s11783-023-1640-1
