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

La desinfeccion del agua potable es uno de los grandes logros alcanzados en el siglo pasado ya que permite la eliminacion y/o prevencion de las enfermedades transmitidas por el agua no potable. Los procesos de desinfeccion usados en el tratamiento del agua potable como son: cloracion, cloraminacion, uso de dioxido de cloro, ozonizacion, tratamiento con radiacion ultravioleta y UV/peroxido de hidrogeno, dan lugar a la formacion de los denominados subproductos de desinfeccion. La presencia de iones cloruro, bromuro y/o ioduro en las aguas naturales favorece la formacion de los DBPs clorados, bromados y/o iodados. Al objeto de prevenir la formacion de los DBPs, los diferentes procesos empleados en el tratamiento del agua potable se enfrentan el reto de eliminar o reducir sustancialmente la concentracion inicial de Cl-, Br- y/o I-, con el fin de evitar la formacion de los correspondientes cloro, bromo y/o iodo derivados que poseen efectos carcinogenicos y/o genotoxicos. En esta Tesis Doctoral se estudia el desarrollo y la aplicacion de nuevos materiales para la eliminacion de iones haluro (F-, Cl-, Br- y I-) de las aguas, antes de la aplicacion de cualquier tratamiento convencional de desinfeccion 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 geologicos que constituyen el acuifero o debida a actividades antropogenicas tales como la mineria, la desalinizacion de agua de mar, el uso de pesticidas o el vertido de efluentes industriales, ha provocado el aumento de la concentracion de iones halogenados en las mismas. Se propone el uso de nuevos materiales: • Material polimerico dopado con nanoparticulas de plata (Ag-Cloth) • Nanoparticulas de plata (Ag-NPS) • Microparticulas magneticas (Ag-MPs) con Ag (0) • Xerogeles de silice dopados con lantano Los materiales estudiados fueron caracterizados mediante las tecnicas XPS, HRSEM, Espectrometia UV-Vis, DLS, Susceptibilidad Magnetica, DRX, FTIR, antes y despues de cada tratamiento, avalando asi los resultados obtenidos. Material polimerico dopado con nanoparticulas 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, inmovilizandolos en la superficie del material polimerico. El material polimerico propuesto es eficiente en la retirada de iones Br- y I- del agua, siendo necesaria la oxidacion de la plata inmoviliza en su superficie. Ademas, dicho proceso de oxidacion no provoca la lixiviacion de la plata depositada en la superficie del material polimerico. La concentracion inicial de peroxido de hidrogeno influye en el proceso de quimisorcion de los haluros en la Ag-Cloth, existiendo una concentracion optima a partir de la cual se ve favorecido el proceso de reduccion de la Ag+ a Ag0, reduciendose la capacidad del material para retirar iones haluro del medio. El proceso de eliminacion de iones haluro mediante la Ag-Cloth depende del pH, ya que la reaccion de oxidacion de la Ag0 con el H2O2 depende del pH del medio. Nanoparticulas de plata (Ag-NPS) para la eliminacion del ion bromuro y el ion cloruro en aguas destinadas a consumo humano, mostrando que el sistema Ag- NPs/H2O2 es efectivo en la eliminacion de iones cloruro y bromuro de las aguas, debido a la precipitacion quimica selectiva de AgCl y AgBr en la superficie de los AgNPs, alcanzandose un porcentaje de eliminacion del 100% para los iones Br- a pH basico. Las concentraciones optimas de H2O2 y AgNPs son funcion del haluro considerado. El estudio de los radicales involucrados en el proceso de eliminacion de haluros mediante el sistema Ag-NPs/H2O2 permitio demostrar la participacion de los radicales OH• y O2•- en el proceso de oxidacion 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 organica disuelta disminuye de forma considerable la misma. Las Ag-NPs pueden ser regeneradas mediante radiacion solar y radiacion UV, siendo mas eficaz la regeneracion realizada mediante radiacion UV. Microparticulas magneticas (Ag-MPs) con Ag (0). Las Ag-MPs permiten la retirada de iones haluro del medio, previa oxidacion de las mismas con un agente oxidante como el peroxido de hidrogeno. La eficacia del sistema Ag-MPs/H2O2 depende del pH del medio, estando favorecido a pH acido y neutro, y de la presencia de materia organica disuelta, ya que esta interfiere en el proceso de oxidacion de las Ag-MPs. Los resultados obtenidos para la regeneracion de las Ag-MPs mediante radiacion UV y radiacion solar indican que es posible regenerarlas, pero la eficiencia del sistema Ag- MPs/H2O2 disminuye con cada ciclo de regeneracion. El estudio de citotoxicidad indica qque las Ag-MPs no son toxicas para las concentraciones estudiadas. Xerogeles de silice dopados con lantano para separar de modo eficiente los iones F- presentes en agua. Son materiales amorfos, mesoporosos, que poseen una elevada area superficial, con una superficie uniforme, como mostraron las imagenes 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 varia la capacidad de adsorcion en funcion del pH del medio indica que el proceso es pH dependiente, siendo mas eficiente el proceso a pH acido. Ademas, los resultados obtenidos para la influencia de la temperatura, indican que la capacidad de adsorcion de los xerogeles disminuye al hacerlo la temperatura. La presencia de materia organica disuelta favorece el proceso de adsorcion de los iones fluoruro sobre los xerogeles, resultado que avalaria el uso de estos materiales antes de someter las aguas destinadas a consumo al proceso de oxidacion de la materia organica 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.