Investigadores de la Universidad de Stanford han encontrado una nueva forma de extraer aguas residuales de materiales valiosos utilizados en fertilizantes y material de cátodo para baterías de litio-azufre que algún día podrían alimentar teléfonos inteligentes y aviones.
Su análisis, publicado recientemente en ACS ES&T Engineering, revela cómo optimizar los procesos de membrana que utilizan anaeróbicos u oxígeno -ambientes libres para filtrar aguas residuales .
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Dichos procesos necesitan una renovación porque normalmente producen sulfuro, un compuesto que puede ser tóxico, corrosivo y que emite olores.
Las estrategias para enfrentar el problema, como la oxidación química o el uso de ciertas sustancias para convertir el azufre en sólidos separables, pueden generar subproductos y provocar reacciones químicas que corroen las tuberías y dificultan la desinfección del agua.
Sin embargo, la oxidación electroquímica del azufre requiere un bajo consumo de energía y permite un control preciso de los productos finales de azufre.
En su artículo, los científicos explican que mientras que algunos productos, como el azufre elemental, pueden depositarse en los electrodos y ralentizar las reacciones químicas, otros, como el sulfato, pueden capturarse y reutilizarse fácilmente.
Haciendo uso de la microscopía electroquímica de barrido, una técnica que facilita instantáneas microscópicas de las superficies de los electrodos mientras los reactores están en funcionamiento, los investigadores cuantificaron las tasas de cada paso de la oxidación electroquímica del azufre junto con los tipos y cantidades de productos formados. Identificaron las principales barreras químicas para la recuperación de azufre, incluido el ensuciamiento de los electrodos y qué productos intermedios son los más difíciles de convertir. También descubrieron, entre otras cosas, que la variación de los parámetros operativos, como el voltaje del reactor, podría facilitar la recuperación de azufre de aguas residuales con bajo consumo de energía.
Estos y otros conocimientos aclararon las compensaciones entre la eficiencia energética, la eliminación de sulfuro, la producción de sulfato y el tiempo. Con ellos, los investigadores delinearon un marco para informar el diseño de futuros procesos electroquímicos de oxidación de sulfuro que equilibren el aporte de energía, la eliminación de contaminantes y la recuperación de recursos.
Mirando hacia el futuro, los científicos creen que la tecnología de recuperación de azufre también podría combinarse con otras técnicas, como la recuperación de nitrógeno de las aguas residuales para producir fertilizante de sulfato de amonio.
“Con suerte, este estudio ayudará a acelerar la adopción de tecnología que mitigue la contaminación, recupere recursos valiosos y cree agua potable, todo al mismo tiempo”, dijo el autor principal del estudio, Xiaohan Shao.