Se coloca un material magnético en forma de erizo de mar (desarrollado por Kist) dentro de la tubería donde fluye las aguas residuales, y se usan imanes en el exterior de la tubería para inducir el autoensamblaje. El material dispuesto en forma de erizo también se puede limpiar fácilmente ajustando el campo magnético cuando está contaminado por sólidos suspendidos en las aguas residuales. Crédito: Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea
El agua que usamos todos los días se purifica en las plantas de tratamiento de aguas residuales y se descarga en ríos, y en los últimos años, la reutilización del agua tratada para uso doméstico e industrial se ha expandido para resolver el problema de escasez de agua.
El proceso de purificación elimina varias sustancias nocivas, incluido el fósforo, que causa algas verdes y desinfecta microorganismos como el coliforme total. El fósforo es un componente esencial de los desechos domésticos e industriales, incluidos los fertilizantes, los detergentes y el estiércol animal, pero cuando permanece en el agua, causa flores de algas en ríos y lagos.
Un equipo de investigación dirigido por el Dr. Jae-Woo Choi y el Dr. Kyungjin Cho del Centro de Investigación del Ciclo del Agua en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST) han desarrollado un nuevo material de tratamiento de agua que puede recuperar el fósforo en poco tiempo con alta eficiencia y desinfectar microorganismos dañinos al mismo tiempo.
El trabajo se publica en la revista Advanced Composites and Hybrid Materials.
El material tiene la doble función de inactivar efectivamente el coliforme total en el agua y eliminar rápidamente y recuperar el fósforo, lo que causa flores de algas. El fósforo recuperado se puede reciclar en varios materiales industriales, como fertilizantes, agentes de limpieza y detergentes, contribuyendo a la realización de una economía circular más allá de la simple purificación.
Los dispositivos de control de nanomateriales a base de imán pueden mejorar el diseño modular escalable de tratamiento de agua conectando múltiples tuberías con imanes conectados. Los nanomateriales recibidos por sólidos suspendidos se pueden limpiar fácilmente mediante un simple proceso de control del campo magnético, lo que permite una operación a baja energía a largo plazo. Crédito: Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea
En particular, el equipo utilizó una nanoestructura “en forma de erizo de mar” para lograr un rendimiento de recuperación de fósforo de clase mundial. El material desarrollado puede recuperar aproximadamente 1.1 kilogramos de fosfato por kilogramo de material en solo cinco minutos, lo cual es extremadamente rápido y eficiente en comparación con las tecnologías existentes.
En particular, la tecnología está diseñada como un sistema ecológico operable sin electricidad. Al utilizar el campo magnético de un imán externo, el movimiento del material puede controlarse con precisión, reduciendo el consumo de energía en más del 99% en comparación con las tecnologías de tratamiento de agua convencionales. Esto también reduce las emisiones de carbono y los costos de energía, por lo que es una tecnología alternativa prometedora para combatir la escasez de agua y la crisis climática.
Los nuevos materiales y la tecnología de control desarrolladas son aplicables a una variedad de entornos de tratamiento de agua, incluidas plantas de tratamiento de aguas residuales, plantas de purificación de agua, ganado y sitios de tratamiento de aguas residuales industriales.
En particular, es posible eliminar simultáneamente las sustancias que causan algas y recuperar recursos en sitios industriales y agrícolas con altas concentraciones de nutrientes como el fósforo.
La tecnología también tiene una función de desinfección, que es efectiva para obtener recursos hídricos seguros. Se puede instalar y operar sin energía adicional o instalaciones complejas, lo que facilita la utilización en áreas que carecen de infraestructura energética o en áreas rurales.
Dispositivo de purificación de agua controlado por nanomateriales utilizando imanes desarrollados por Kist. Crédito: Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea
En el futuro, se espera que se aplique a dispositivos de tratamiento de agua portátiles, sistemas de purificación de emergencia para desastres naturales e instalaciones móviles para países subdesarrollados, y también se puede utilizar en diversas industrias ecológicas basadas en tecnología, como granjas inteligentes, agricultura de precisión y parques industriales ecológicos, así como los sistemas públicos de aguas y aguas.
“Esta investigación es significativa porque integra los dos procesos de eliminación de fósforo y esterilización microbiana en uno, lo que nos permite presentar una solución de tratamiento de agua de baja energía que se puede aplicar a varios entornos de calidad del agua”, dijo el Dr. Jae-Woo Choi de Kist.
“Este estudio es significativo ya que muestra que podemos desinfectar efectivamente el coliforme total sin cloro ni electricidad, y puede convertirse en una tecnología de desinfección que ahorra energía en el futuro”, dijo el Dr. Kyungjin Cho, otro autor de co-acorriente del estudio.
“La clave para nuestra investigación es la rápida recuperación de fósforo de los materiales estructurales del erizo de mar y la implementación de un proceso que controla con precisión las partículas en el agua con campos magnéticos”, dijo el Dr. Youngkyun Jung, primer autor del estudio, y agrega: “Tiene un fuerte potencial para futuras expansiones en plataformas de tratamiento de agua multifuncionales”.
Más información: Youngkyun Jung et al, puentes sensibles al campo electromagnético basados en nanocápsulas de LA/Cu-Fe3o4 con forma de erizo para la recuperación ultraeficiente de fosfato y la desinfección del agua, compuestos avanzados y materiales híbridos (2025). Doi: 10.1007/s42114-025-01303-3
Proporcionado por el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología
Cita: los materiales de próxima generación ofrecen soluciones integradas a los desafíos del tratamiento del agua (2025, 30 de mayo) Recuperado el 30 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-generation-materials-solutions-tratment.html
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