Desarrollo de un Sistema Multietapa para la Desalinización, Remoción de Metales Pesados y Desinfección de Aguas Loticas y Marino-Costeras mediante el uso de la Desionización Capacitiva, Técnicas Electroquímicas y Materiales Nanoestructurados.

La contaminación de las aguas subterráneas y superficiales en muchos lugares del mundo se ha convertido en un problema ambiental importante en las últimas décadas. El agua potable, siendo una necesidad vital y un derecho humano reconocido por Naciones Unidas, no está disponible para uno de cada siete habitantes del planeta y es un recurso en constante retroceso debido en gran parte a la eutrofización de embalses y lagos, a la sobreexplotación de acuíferos y a la infiltración de sales en los mismos, dando lugar a aguas salobres no aptas para el consumo humano. Hoy en día, el volumen de agua salobre en el planeta es superior al de agua potable, por lo que es lógico pensar en aquella como la principal fuente de suministro si se somete a un tratamiento de desalinización mediante una tecnología adecuada. En este proyecto de investigación, propone desarrollar un sistema multietapa que combine los procesos de desionización capacitiva (CDI) y electrooxidación en un solo dispositivo para la simultánea desalinización, de remoción de metales pesados y eliminación de compuestos orgánicos de aguas salobres. La CDI es una técnica electroquímica de electrosorción fundamentada, principalmente, en la formación de la doble capa eléctrica en la interfase electrodo/electrolito al aplicar un determinado voltaje entre dos electrodos en contacto con una solución iónica. Cuando los electrodos se saturados de iones (por electro-adsorción), se elimina el voltaje aplicado o se invierte la polaridad para desorber los iones (inicialmente retenidos) y generar una corriente de concentrado residual. En este proyecto se pretende fabricar, caracterizar y evaluar electrodos altamente eficientes en los procesos de desalinización y remoción de metales pesados de aguas Lótico-Marino costero mediante la tecnología CDI, estos electrodos serán fabricados con el uso de nanofibras de carbón activado (CA) modificados con óxido de grafeno reducido (OGR) mediante la técnica de Electrohilado. Además, se fabricarán también otro tipo de electrodos a base de con carbón activado modificado con nanopartículas-1D de óxido de Titanio (TiO2). Para ello se empleará métodos de química suave, los cuales nos permiten la modificación de un gran número de parámetros de síntesis que nos ayudara a optimizar las relaciones entre morfología, estructura, propiedades electroquímicas y las distintas combinaciones de estos parámetros para obtener electrodos nanométricos supercapacitivos a base de compósitos AC/ TiO2, AC/OGR sobre un substrato metálico como titanio grado 2. En referencia al proceso de desinfección de agua se hará uso de la técnica electroquímica de electrooxidación avanzada (EOA), el cual es un método prometedor para la degradación de compuestos orgánicos en agua a través de la generación in situ de potentes oxidantes, como los radicales hidroxilo y las especies de cloro activo. Se establecerá un estudio riguroso para fabricar y evaluar las características de electrodos Ánodos dimensionalmente estables (DSA) compuestos a base de Óxido de Iridio (IrO2) y óxido de Rutenio (RuO2) sobre un sustrato de titanio, obtenidos mediante la técnica de rociado pirolítico y sinterizado. También se diseñará una planta piloto, a nivel laboratorio, donde se evaluará el proceso de purificación de agua en la etapa de desalinización y/o remoción de metales pesados y en la etapa de desinfección mediante la generación in situ de potentes oxidantes como un sistema de alimentación de etapa continua. Se medirá la respuesta en función al área de los electrodos (10 x 10 cm2, 20 x 20 cm2) así como el número de electrodos (5, 10 y 15 pares de electrodos en serie). Finalmente, se variarían los parámetros operativos que incluyen el voltaje aplicado, el caudal de ingreso del electrolito y la concentración iónica para estudiar sus efectos sobre la eficiencia en la remoción de la sal y otros metales pesados.