Nuevo diseño mejora la descontaminación del agua a través de un chorro de plasma.

24 de enero de 2024

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por la Universidad de Córdoba

El plasma es un gas ionizado, es decir, un gas que contiene electrones, iones, átomos, moléculas, radicales y fotones. A menudo se le llama el cuarto estado de la materia y sorprendentemente, impregna todo. Los plasmas, que se generan artificialmente transmitiendo energía a un gas, se encuentran en los tubos fluorescentes que iluminan las cocinas, pero también han permitido que los teléfonos móviles se hagan cada vez más pequeños.

El plasma ha supuesto una auténtica revolución en el mundo de la tecnología. Antes, para grabar los circuitos en las placas de silicio utilizadas en dispositivos electrónicos como los teléfonos móviles, era necesario utilizar productos químicos contaminantes. Ahora, el uso del plasma ha permitido hacer esto de manera más limpia y precisa, lo que también ha permitido hacer las ranuras cada vez más pequeñas y, con ellas, los dispositivos.

Pero el plasma también tiene otras aplicaciones, como el tratamiento del agua. Los grupos de FQM-136 Física de Plasmas y FQM-346 Catálisis Orgánica y Materiales Nanoestructurados de la Universidad de Córdoba han colaborado en un estudio de investigación cuyo objetivo era la eliminación de contaminantes presentes en el agua mediante la aplicación de plasma para promover procesos químicos.

Su estudio se publica en la revista Chemosphere.

Con el objetivo de abordar el problema de la creciente presencia de contaminantes orgánicos en las aguas, como tintes y otros compuestos procedentes de la actividad agrícola e industrial que desestabilizan los ecosistemas, estos investigadores optaron por la aplicación de plasma.

En 2017 demostraron, por primera vez, que los plasmas de argón inducidos por microondas abiertas al aire, al actuar sobre el agua, generaban en ella especies reactivas que contenían oxígeno y nitrógeno (como radicales hidroxilo, peróxido hidrogeneado, radicales de nitrógeno) capaces de descontaminarla.

Ahora, los investigadores Juan Amaro Gahete, Francisco J. Romero Salguero y María C. García han logrado diseñar un reactor de este tipo de plasma y aumentar significativamente las cantidades de estas especies activas generadas en el agua, lo que hace posible la destrucción de altas concentraciones de tintes (en este caso, azul de metileno) en solo minutos.

Lograron esto alterando el diseño del surfatron, el dispositivo metálico que mezcla la energía de un generador de microondas con el plasma para mantenerlo.

"Lo que hemos hecho es colocar un pequeño trozo de silicio en el tubo de descarga de cuarzo, lo que permite generar un plasma diferente, uno que no es filamentoso y es más eficiente para crear especies activas al interactuar con el agua", explicó la profesora María C. García.

Los componentes de plasma mencionados anteriormente, al interactuar con el agua, generan especies oxidantes capaces de degradar compuestos orgánicos y de matar microorganismos, lo que permite que este reactor de plasma se utilice en aplicaciones relacionadas con la remediación del agua.

Esta nueva configuración, por tanto, amplía la aplicabilidad de este tipo de plasma.

"El diseño cambia por completo la configuración del campo electromagnético generado por el surfatron para crear el plasma, lo que resulta en un plasma con propiedades diferentes y más eficientes, eliminando también el problema de la filamentación que lo desestabiliza", explicó el profesor García.

Y luego... descontaminación. "Esas especies oxidantes generadas debido a la acción del plasma son muy reactivas y permiten destruir la materia orgánica dentro del agua", continuó el profesor Francisco J. Romero.

Para que esto suceda, el plasma no se introduce en el agua. En cambio, se hace actuar de forma remota, de modo que entre el agua y el plasma hay una zona de aire donde ocurren numerosas reacciones debido a las colisiones entre las especies excitadas y las moléculas de oxígeno, nitrógeno y vapor de agua, y se generan "especies reactivas que difunden en el líquido y acaban con los contaminantes".

El potencial descontaminante de este tipo de plasma, generado con este nuevo diseño, "se ha probado para reducir altas concentraciones de tintes azul de metileno en agua, con resultados muy eficientes en términos de energía, logrando la eliminación completa del tinte en tiempos de tratamiento reducidos", dijo el investigador Juan Amaro.

Thus with this work, progress is made on one of the applications of plasma, that 'fourth state of matter' created by providing a stable gas with energy and converting it into an ionized gas, with this being applicable to almost everything: manufacturing microchips, disinfecting surfaces, healing wounds, depositing anti-reflective coatings on glasses, improving seed germination, recovering waste, activating the surface of plastics to achieve better paint adhesion, and countless other applications.

Journal information: Chemosphere

Provided by University of Córdoba