Los científicos utilizan proteínas de residuos vegetales para purificar el agua con metales pesados

Los científicos han creado una membrana hecha de un subproducto residual de la fabricación de aceite vegetal, que puede filtrar los metales pesados ​​del agua contaminada. En las pruebas, demostraron que este proceso de atracción, llamado adsorción, era capaz de purificar el agua contaminada hasta un nivel que cumple con los estándares internacionales para beber.

El equipo de investigación, dirigido por el profesor Ali Miserez de la Facultad de Ciencia e Ingeniería de Materiales y la Facultad de Ciencias Biológicas y el profesor visitante de la NTU Raffaele Mezzenga del Departamento de Ciencias y Tecnología de la Salud de ETHZ, descubrió que las proteínas derivadas de los subproductos de La producción de aceite de maní o de girasol puede atraer iones de metales pesados ​​de manera muy efectiva.

En las pruebas, demostraron que este proceso de atracción, llamado adsorción, era capaz de purificar el agua contaminada hasta un nivel que cumple con los estándares internacionales para beber.

La membrana de los investigadores tiene el potencial de ser un método barato, de bajo consumo, sostenible y escalable para descontaminar metales pesados ​​del agua.

El profesor Miserez dijo: 'La contaminación del agua sigue siendo un problema global importante en muchas partes del mundo. Los metales pesados ​​representan un gran grupo de contaminantes del agua que pueden acumularse en el cuerpo humano, causando cáncer y enfermedades mutagénicas. Las tecnologías actuales para eliminarlos son la energía. -Intensivos, requieren energía para funcionar, o son muy selectivos en lo que filtran.'

'Nuestras membranas a base de proteínas se crean a través de un proceso ecológico y sostenible, y requieren poca o ninguna energía para funcionar, lo que las hace viables para su uso en todo el mundo y especialmente en los países menos desarrollados. Nuestro trabajo coloca al metal pesado donde pertenece: como género musical y no como contaminante del agua potable', afirmó el profesor Miserez.

Los hallazgos de la investigación del equipo se publicaron en Revista de ingeniería química en abril. Su enfoque de investigación para lograr la seguridad hídrica está alineado con el plan estratégico NTU 2025 y el objetivo de la universidad de mitigar el impacto de la humanidad en el medio ambiente.

Transformación de harinas de semillas oleaginosas vegetales en filtros de agua

La producción de aceites vegetales domésticos comerciales genera subproductos de desecho llamados harinas de semillas oleaginosas. Estos son los restos ricos en proteínas que quedan después de extraer el aceite de la planta cruda.

El equipo de investigación dirigido por NTU utilizó harinas de semillas oleaginosas de dos aceites vegetales comunes: los aceites de girasol y maní. Después de extraer las proteínas de las harinas de semillas oleaginosas, el equipo las convirtió en fibrillas de proteína amiloides de tamaño nanométrico, que son estructuras similares a cuerdas hechas de proteínas fuertemente enrolladas. Estas fibrillas de proteínas son atraídas por los metales pesados ​​y actúan como un tamiz molecular, atrapando los iones de metales pesados ​​a su paso.

Un kilogramo de harina de semillas oleaginosas produce alrededor de 160 g de proteína.

El primer autor del artículo, el estudiante de doctorado de NTU, Sr. Soon Wei Long, dijo: 'Las harinas de girasol y maní ricas en proteínas son materias primas de bajo costo, de las cuales se pueden extraer, aislar y autoensamblar proteínas en fibrillas de amiloide funcionales para procesos pesados'. eliminación de metal. Esta es la primera vez que se obtienen fibrillas de amiloide a partir de proteínas de girasol y maní'.

Los investigadores combinaron las fibrillas de amiloide extraídas con carbón activado (un material de filtración de uso común) para formar una membrana híbrida. Probaron sus membranas con tres contaminantes de metales pesados ​​comunes: platino, cromo y plomo.

A medida que el agua contaminada fluye a través de la membrana, los iones de metales pesados ​​se adhieren a la superficie de las fibrillas de amiloide, un proceso llamado adsorción. La alta relación superficie-volumen de las fibrillas de amiloide las hace eficientes para adsorber una gran cantidad de metales pesados.

El equipo descubrió que sus membranas filtraban hasta el 99,89 por ciento de los metales pesados. Entre los tres metales probados, el filtro fue más eficaz para el plomo y el platino, seguidos del cromo.

'El filtro se puede utilizar para filtrar todo tipo de metales pesados ​​y también contaminantes orgánicos como PFAS (sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas), que son sustancias químicas que se han utilizado en una amplia gama de productos industriales y de consumo', afirmó el profesor Miserez. . 'Las fibrillas de amiloide contienen enlaces de aminoácidos que atrapan y intercalan partículas de metales pesados ​​entre ellas mientras dejan pasar el agua'.

Los investigadores dicen que la concentración de metales pesados ​​en el agua contaminada determinará cuánto volumen de agua puede filtrar la membrana. Una membrana híbrida hecha con proteína amiloides de girasol requerirá sólo 16 kg de proteína para filtrar el volumen equivalente de una piscina olímpica contaminada con 400 partes por mil millones (ppb) de plomo en agua potable.

'El proceso es fácilmente escalable debido a su simplicidad y uso mínimo de reactivos químicos, lo que apunta hacia tecnologías de tratamiento de agua sostenibles y de bajo costo', afirmó el Sr. Soon. 'Esto nos permite reprocesar flujos de residuos para otras aplicaciones y aprovechar al máximo diferentes residuos alimentarios industriales en tecnologías beneficiosas.

Los metales atrapados también se pueden extraer y reciclar. Después de la filtración, la membrana utilizada para atrapar los metales puede simplemente quemarse, dejando atrás los metales.

'Si bien los metales como el plomo o el mercurio son venenosos y pueden eliminarse de forma segura, otros metales, como el platino, tienen aplicaciones valiosas en la creación de aparatos electrónicos y otros equipos sensibles', afirmó el profesor Miserez.

'Para recuperar el precioso platino, que cuesta 33.000 dólares el kilo, sólo se necesitan 32 kilos de proteína, mientras que para recuperar el oro, que vale casi 60.000 dólares el kilo, sólo se necesitan 16 kilos de proteína. Teniendo en cuenta que estas proteínas se obtienen a partir de residuos industriales que vale menos de 1 dólar estadounidense el kilo, hay grandes beneficios en términos de costos'.

Filtración sostenible y de bajo consumo.

El coautor del artículo, el profesor Raffaele Mezzenga, había descubierto previamente en 2016 que las proteínas del suero derivadas de la leche de vaca tenían propiedades atractoras de metales similares.

Los investigadores se dieron cuenta de que las proteínas de la harina de semillas oleaginosas vegetales también podrían tener propiedades similares. Sus experimentos demostraron que esas proteínas no sólo eran igual de efectivas, sino también más baratas y más sostenibles, ya que utilizan desechos que de otro modo se desecharían o se usarían como alimento para animales.

Otra gran ventaja, dicen los investigadores, es que esta filtración requiere poca o ninguna energía, a diferencia de otros métodos como la ósmosis inversa que requieren electricidad.

'Con nuestra membrana, la gravedad hace la mayor parte o la totalidad del trabajo', afirmó el profesor Mezzenga. 'Este método de filtración de bajo consumo puede ser muy útil en áreas donde puede haber acceso limitado a la electricidad y la electricidad.