El químico de la Universidad Rice, James Toure, ha dirigido un equipo de investigación para desarrollar un proceso rápido de mineralización electrotérmica (REM), que puede remediar en segundos la acumulación de sustancias químicas sintéticas que pueden contaminar el suelo y el medio ambiente. El estudio fue publicado comunicación de la naturaleza 20 de julio.
Las sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS), o contaminantes persistentes y bioacumulativos 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 existentes para descomponer las PFAS suelen ser ineficientes y consumen grandes cantidades de energía y agua sin eliminar estos contaminantes. El proceso REM, sin embargo, proporciona una solución más eficaz, eficiente y respetuosa con el medio ambiente.
El proceso REM utiliza inducción eléctrica en el suelo más biocarbón, un aditivo conductor respetuoso con el medio ambiente, para calentar rápidamente el suelo contaminado a 1000 °C en segundos mediante un pulso de corriente directa. El calor intenso transforma las PFAS en fluoruro de calcio, un mineral no tóxico, utilizando compuestos de calcio naturales presentes en el suelo. Este método demostró 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 Toure, profesor de química de TT y WF Chao y profesor de ciencia de materiales y nanoingeniería. “El proceso mantiene las propiedades vitales del suelo y mejora su salud al aumentar el suministro de nutrientes y favorecer la penetración de artrópodos”.
Este avance se basa en trabajos anteriores en los que se utilizó calentamiento electrotérmico para vaporizar metales pesados y convertir la contaminación orgánica del suelo en materiales de grafito no tóxicos. En el estudio actual, el equipo de investigación mezcló tierra con biocarbón y aplicó una corriente pulsante, logrando un rápido calentamiento y mineralización. La eficacia del proceso fue confirmada mediante métodos de prueba avanzados que incluyen cromatografía líquida, espectrometría de masas y cromatografía iónica.
El proceso REM destaca por su velocidad, eficiencia, escalabilidad y beneficios medioambientales. El método reduce el consumo de energía, las emisiones de gases de efecto invernadero y el consumo de agua en comparación con las prácticas de remediación existentes. El proceso a escala de laboratorio puede manejar hasta 2 kilogramos de suelo por lote, lo que marca un paso importante hacia los sistemas de aplicación in situ a mayor escala que se están diseñando actualmente.
“Este enfoque ofrece un enfoque más respetuoso con el medio ambiente y rentable para la remediación del suelo”, dijo Yi Cheng, miembro de la Academia Rice e investigador asociado postdoctoral en el laboratorio Tour. “Estamos entusiasmados con el potencial para realizar pruebas de campo y despliegues más grandes en el futuro cercano”.
La investigación 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, Felicia Scotland, Lucas Eddy, Carla Silva, Bowen Lee, Kevin Weiss, Jinhang Chen, Kiming Liu, Tengda Si y Shichen Xu del Departamento de Química de Rice; Arman Hassan y Matthew McCurry del Departamento de Biociencias de Rice; Bo Wang y Michael Wang del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de Rice; Mine Ucak-Osterlioglu y Christopher Griggs del Centro de Investigación y Desarrollo de Ingenieros del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU.; Xiaodong Gao, Devadrita Jana y Mark Torres del Departamento de Ciencias Planetarias, Ambientales y de la Tierra de Rice; Khalil Zebeili y Boris Jacobson del Departamento de Ciencia de Materiales y Nanoingeniería de Rice; y Yufeng Zhao de la Universidad de Korban.