Un grupo de investigadores ha diseñado un método que permite generar amoníaco a partir de agua contaminada con nitratos combinando una reacción de reducción de nitrato con la diálisis de Donnan
El nitrato acuoso suele entrar en los suministros de agua cuando los subproductos de los fertilizantes se introducen en los acuíferos y los cursos de agua. Esto puede exacerbar el crecimiento de las algas y provocar floraciones de algas, algunas de las cuales (por ejemplo, las algas verdeazuladas) son perjudiciales para la salud humana y animal.
En el mundo se emiten muchas aguas residuales, pero hay mucho valor en ellas que se puede recuperar. Esta idea ha impulsado a un número cada vez mayor de investigadores a desarrollar métodos electroquímicos para recuperar productos específicos, como el nitrato, de las aguas residuales.
El valor de recuperar nitrato de las aguas residuales es doble. En primer lugar, elimina un contaminante del agua. Y en segundo lugar, al convertir el nitrato en amoníaco, crea un suministro de este valioso producto químico mediante un método más ecológico que el proceso tradicional Haber-Bosch.
Sin embargo, la recuperación de nitrato de las aguas residuales es complicada porque las aguas residuales reales contienen muchos contaminantes diferentes. Además, las soluciones sintéticas que se suelen utilizar para probar los electrocatalizadores de la reacción de reducción de nitrato contienen nitrato en concentraciones más altas que las que se encontrarían en la vida real; no todos los electrocatalizadores tendrán la misma eficacia con muestras más diluidas.
La innovación
Ios investigadores han diseñado un sistema electrocatalítico para producir amoniaco a partir de aguas residuales que puede hacer frente a las impurezas y la baja concentración de nitratos que se encuentran en las aguas residuales reales. Utiliza el conocido catalizador de reducción de nitratos Co(DIM) –donde DIM es 2,3-dimetil-1,4,8,11-tetraazaciclotetradeca-1,3-dieno– junto con la diálisis de membrana de Donnan, un método de extracción de bajo consumo energético que elimina los contaminantes de las aguas residuales. El resultado es una única unidad de bajo consumo energético –a la que llaman electrocatalizador en una caja– que realiza tres procesos: extrae el nitrato, convierte ese nitrato en amoniaco y luego recupera el amoniaco como sulfato de amonio.
Lo que el equipo ha diseñado es una forma de utilizar catalizadores moleculares homogéneos para el tratamiento de aguas residuales que evita la introducción del catalizador en las aguas residuales. Al separar primero el nitrato de las aguas residuales mediante diálisis de membrana Donnan, han superado el problema de la posible introducción de una sustancia tóxica en el medio ambiente. Esto les permite diseñar catalizadores moleculares y condiciones de electrolitos que optimizan la producción de amoníaco sin preocuparse por la contaminación del agua.
El concepto de electrocatalizador en una caja abre la posibilidad de utilizar catalizadores moleculares homogéneos para todo tipo de tratamiento electroquímico de aguas residuales y recuperación de recursos. La estrategia podría adaptarse para extraer selectivamente cualquier componente iónico, por ejemplo, para eliminar sulfatos y recuperarlos como ácido sulfúrico.
