Los productos químicos sintéticos están siempre presentes en la vida moderna, en nuestros medicamentos, cosméticos y ropa, pero ¿qué les sucede cuando ingresan a nuestros suministros de agua municipales?
Debido a que estos productos químicos están fuera de la vista, fuera de la mente, asumimos que no pueden dañarnos después de arrojarlos al fregadero. Sin embargo, la mayoría de las infraestructuras de tratamiento de agua no fueron diseñadas para eliminar productos químicos orgánicos sintéticos como los que se encuentran enopioides, productos para el cuidado personal y productos farmacéuticos.
En consecuencia, las concentraciones traza de esos químicos están presentes en el efluente: el agua descargada de las plantas de tratamiento a lagos, ríos y arroyos. Aunque se encuentra en concentraciones extremadamente pequeñas, solo nanogramos o microgramos, la toxicidad no se comprende bien en los cuerpos humanos y los ecosistemas.
Peor aún, sabemos aún menos acerca de los efectos sobre la salud humana y del ecosistema de los subproductos creados durante los procesos avanzados de oxidación del tratamiento del agua; se pueden crear miles de subproductos químicos en solo minutos.
Por lo tanto, es crucial que los científicos y los gerentes de las plantas de tratamiento entiendan los mecanismos por los cuales se crean subproductos químicos durante el proceso de tratamiento. Daisuke Minakata, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental en la Universidad Tecnológica de Michigan, con los coautores Divya Kamath y Stephen Mezyk, buscópara entender esos mecanismos usando acetona como un caso de prueba.
Los autores se basaron en un estudio experimental de 1999 sobre las vías de reacción de la acetona durante el tratamiento, utilizando cálculos de mecánica cuántica para predecir los subproductos químicos que ocurren cuando la acetona se degrada durante el proceso de oxidación avanzada.
Sus resultados se publican en el artículo "Elucidación de las vías de reacción elementales y la cinética de la degradación de la acetona inducida por radicales hidroxilo en el proceso de oxidación avanzada en fase acuosa", en la revista Ciencia y tecnología ambiental publicado por la American Chemical Society.
degradación de modelado
Según los estándares químicos, la acetona tiene una estructura sencilla. Esto lo hace ideal para modelar las vías de reacción, las innumerables formas en que un químico puede degradarse en radicales libres y subproductos, para predecir qué subproductos y radicales se forman.
"Cuando hacemos el tratamiento del agua usando oxidación química avanzada, esos oxidantes destruyen los compuestos orgánicos objetivo pero crean subproductos", dice Minakata. "Algunos subproductos pueden ser más tóxicos que su compuesto original. Necesitamos entender los mecanismos fundamentales de cómo los subproductosse producen y luego podemos predecir qué se producirá a partir de muchos otros productos químicos. Encontramos más de 200 reacciones involucradas en degradaciones de acetona basadas en el trabajo computacional ".
El equipo de Minakata comparó los resultados predictivos del modelo con los 10 subproductos observados en el estudio experimental de 1999, y los resultados del modelo siguen con precisión las vías de reacción observadas.
La oxidación avanzada es una forma muy efectiva e importante de tratar el agua y los efluentes, por lo que su uso no debe suspenderse. Muchas comunidades en regiones áridas se están quedando sin agua y deben reutilizar las aguas residuales tratadas, un proceso llamado reutilización potable directa.Si los productos químicos orgánicos sintéticos y sus subproductos oxidados no se eliminan del agua, las personas y los animales los consumen.
En la región de los Grandes Lagos, las comunidades aguas arriba descargan aguas residuales tratadas en los lagos y ríos. Las personas que viven aguas abajo usan esa agua; y los procesos de tratamiento convencionales existentes no eliminan todos los químicos orgánicos de manera efectiva. La oxidación avanzada puede enfocarse efectivamente en químicos orgánicos específicos para eliminarlosa partir del agua. Modelar las vías de reacción es fundamental para ayudar a los gerentes de tratamiento de agua a comprender la mejor manera de manejar el cuchillo, por así decirlo.
Una limitación del trabajo es que el modelo se aplica únicamente a contaminantes orgánicos estructuralmente simples como la acetona, en lugar de procesos de degradación química ampliamente múltiples. Los productos químicos orgánicos tienen estructuras extraordinariamente complejas y carecemos de la capacidad computacional para calcular las vías de reacción. El equipo de Minakatausó la supercomputadora Superior en Michigan Tech. Superior desconcertó las rutas de la acetona con cientos de cálculos, algunos de los cuales pueden llevar más de semanas.
Reacciones químicas por todas partes
Comprender los mecanismos de la formación de subproductos químicos no solo es importante para el tratamiento del agua; también está avanzando en lo que sabemos sobre las reacciones químicas en la atmósfera y dentro de nuestros cuerpos.
"Dentro de una gotita de agua en una nube, está ocurriendo la misma reacción radical", dice Minakata. "En nuestros cuerpos, las especies reactivas de oxígeno dañan las células humanas. Si bebe mucho alcohol, o si tiene demasiado sol, creas radicales libres. Esos radicales libres dañan tus células y pueden crear células cancerosas. La química involucrada en los radicales libres es común en diferentes disciplinas. Utilizamos la química de los radicales libres para destruir químicos tóxicos "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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