Desarrollo y evaluación fisicoquímica y antibacteriana de membranas reactivas para eliminar el biofuling en un proceso de microfiltración

Abstract

"El uso de nanopartículas ha incrementado en los últimos años, en áreas como la física, química, biología o materiales gracias a la mejora de sus propiedades y a su relación superficie/volumen. Sin embargo, al presentar tamaños tan pequeños (1-100 nm) la recuperación de éstas partículas para su reúso se ha visto afectada considerándose como contaminantes secundarios cuando son liberados al medio ambiente. Ante esta problemática se han propuesto alternativas como el uso de nanocompuestos híbridos con la finalidad de inmovilizarlas. Las nanopartículas de TiO2 y ZnO han sido empleadas en procesos fotocatalíticos ya que presentan una interacción específica con algunos contaminantes y microorganismos presentes en agua. En este trabajo se elaboraron membranas hibridas a base de polimetilmetacrilato (PMMA) y nanopartículas de TiO2 y ZnO funcionalizadas al 10% y 50% con ácido esteárico con la finalidad de anclarlas a la matriz polimérica, disminuir la interacción partícula-partícula y aumentar la interacción partícula-matriz, generando una mejor dispersión de ellas para que el proceso fotocatalítico se lleve de manera uniforme en toda la membrana. Específicamente los materiales desarrollados en este estudio fueron usados para inactivar microorganismos presentes en agua. La caracterización de nanopartículas se llevó a cabo por técnicas analíticas como FT-IR, TEM ,TGA, XRD,DDL y pruebas antibacterianas de CMI y CMB, obteniendo un valor de 1.25 mg/mL para las nanopartículas individuales, y de 0.31 mg/mL al combinarlas, consiguiéndose una sinergia de sus propiedades antibacterianas. Las membranas desarrolladas se caracterizaron por análisis de porosidad, pruebas de ángulo de contacto y SEM. A partir de la funcionalización de las nanopartículas y bajo condiciones fotocatalíticas, se obtuvieron mayores porcentajes de inactivación de E.coli en comparación con las membranas control que no tuvieron alguna modificación de las nanopartículas o en el proceso."

"In recent years the use of nanoparticles has increased widely in different disciplines such as physics, chemistry, biology, electronic and materials development thanks to the improvement of its properties due to its great surface/volume ratio. However, due to their small sizes (1-100 nm) the recovery of these particles for reuse is limited; therefore they are considered secondary pollutants when they are released into the environment. To overcome this problem the use of hybrid nanocomposites (glass, silica or incorporation in polymers) has been suggested. The TiO2 y ZnO nanoparticles have been used in photocatalysis processes since they have a specific interaction with some contaminants and microorganisms present in water. In this research, hybrid membranes based on polymethylmethacrylate (PMMA) and TiO2 y ZnO nanoparticles were developed. The TiO2 y ZnO nanoparticles were functionalized at 10% and 50% with stearic acid to anchor them to the polymer matrix, decrease the particle-particle interaction and increase the particle-matrix interaction. This process generated a better dispersion of the nanoparticles onto the membrane, thus a uniformly photocatalytic process throughout the membrane to inactivate microorganisms was generated. FT-IR, TEM, TGA, XRD, DDL and antibacterial tests of Minimum Inhibitory Concentration (MIC) and Minimum Bactericidal Concentration (MBC) were used to characterize the nanoparticles. Values of MIC of 1.25 mg/mL for individual nanoparticles and 0.312 mg/mL for the combined nanoparticles were obtained showing a combined effect of their antibacterial properties. Membranes were characterized by porosity, contact angle tests, and SEM techniques. Based on the functionalization of the nanoparticles and with photocatalytic conditions, higher percentages of inactivation of E. coli were obtained compared with the control membranes without any modification of nanoparticles or in the process."