El químico de la Universidad Rice, James Turr, ha liderado un equipo de investigación para desarrollar un proceso rápido de mineralización electrotérmica (REM) que puede eliminar en segundos la acumulación de sustancias químicas sintéticas que pueden contaminar el suelo y el medio ambiente. El estudio fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza el 20 de julio
Las sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS), o contaminantes biológicos persistentes que pueden acumularse en el suelo, representan una amenaza para el medio ambiente y la salud humana. Los PFAS, un gran grupo de productos químicos sintéticos resistentes al calor, el aceite, el agua y la grasa, se utilizan en productos de consumo como espuma contra incendios, envases de alimentos, alfombras, productos de limpieza, papel y pintura.
Los métodos actuales para descomponer las PFAS suelen ser ineficientes y utilizan grandes cantidades de energía y agua sin eliminar estos contaminantes. Sin embargo, el proceso REM ofrece una solución más eficiente, eficaz y respetuosa con el medio ambiente.
El proceso REM utiliza biocarbón, un aditivo conductor respetuoso con el medio ambiente, además de entradas eléctricas al suelo, que calienta rápidamente el suelo contaminado a más de 1000 °C en segundos mediante un pulso de corriente directa. El calor extremo utiliza los compuestos de calcio naturales del suelo para convertir los PFAS en fluoruro de calcio, un mineral no tóxico. Este método ha demostrado una alta eficiencia de eliminación (más del 99%) y índice de mineralización (más del 90%).
“Nuestra investigación muestra que este proceso electrotérmico de alta temperatura puede mineralizar eficientemente los PFAS en fluoruro de calcio no tóxico”, dijo el profesor Tor, TT y WF Chao de Química, Ciencia de Materiales y Nanoingeniería. “Este proceso mantiene las propiedades esenciales del suelo y mejora su salud al aumentar el suministro de nutrientes y apoyar la infiltración de artrópodos”.
El desarrollo se basa en trabajos anteriores en los que se utilizó calentamiento electrotérmico para vaporizar metales pesados y convertir contaminantes orgánicos del suelo en un material de grafito no tóxico. En el estudio actual, el equipo de investigación mezcló tierra con biocarbón y aplicó una corriente pulsada, logrando calentamiento y mineralización a alta velocidad. La eficacia de este proceso fue confirmada mediante métodos de prueba avanzados, incluida la cromatografía líquida-espectrometría de masas y la cromatografía iónica.
El proceso REM destaca por su velocidad, eficiencia, escalabilidad y beneficios ambientales. Este método reduce el consumo de energía, las emisiones de gases de efecto invernadero y el uso de agua en comparación con los métodos de remediación existentes. El proceso a escala de laboratorio puede manejar hasta 2 kg de suelo por lote, un paso importante hacia los sistemas de aplicación in situ a gran escala que se están diseñando actualmente.
“Este método ofrece una forma más respetuosa con el medio ambiente y rentable de tratar el suelo”, afirmó Yi Cheng, miembro de la Academia Rice e investigador asociado postdoctoral en el laboratorio Tour. “Estamos entusiasmados con el potencial de realizar pruebas de campo y un despliegue más amplio en un futuro próximo”.
El estudio fue una colaboración entre Rice y el Centro de Investigación y Desarrollo de Ingenieros del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. financiado por una beca de la Academia Rice, la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea y el Cuerpo de Ingenieros del Ejército.
Otros autores incluyen a Bing Deng del Departamento de Química de Rice, Felicia Scotland, Lucas Eddy, Carla Silva, Bowen Li, Kevin Weiss, Jin Hong Chen, Keming Liu, Tengda Si y Shichen Su. Arman Hasan y Matthew McCurry del Departamento de Biología de Rice; Bo Wang y Michael Wong del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de Rice; Maine Uk-Osterlioglu y Christopher Griggs del Centro de Investigación y Desarrollo de Ingenieros del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU.; Xiaodong Gao, Debadreta Jana y Mark Torres del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias de Rice; Khalil Djebeli y Boris Jacobsen del Departamento de Ciencia de Materiales y Nanoingeniería de Rice; y Yufeng Zhao de la Universidad Corbin.
