El reciclaje de las hojas de piña para convertirlas en eco-aerogeles
Bajo costo, alto valor
Las piñas son ricas en vitaminas, enzimas y antioxidantes, y se consideran una de las frutas más importantes del mundo. Sin embargo, la cosecha de esta deliciosa y saludable fruta da como resultado toneladas de desechos de hojas de piña que normalmente se dejan pudrir o se queman. Esto podría, a su vez, liberar sustancias químicas nocivas y gases de efecto invernadero que pueden causar graves problemas ambientales.
El profesor adjunto Duong Hai-Minh (centro) y su equipo de Ingeniería Mecánica de la NUS desarrollaron una técnica que convierte las fibras de la hoja de piña en crear aerogeles ultraligeros y biodegradables.
National University of Singapore
Para hacer frente a este desafío, los investigadores de NUS han ideado un método simple y de bajo costo de utilizar las fibras de la hoja de piña para crear aerogeles ultraligeros y biodegradables. Cuando se recubren con productos químicos específicos, estos aerogeles biodegradables pueden utilizarse para mantener las frutas y verduras durante un período más largo, y para eliminar los metales tóxicos de las aguas residuales, entre una amplia gama de otras aplicaciones.
Estos eco-aerogeles pueden ser reutilizados, reduciendo aún más los desechos y mejorando la sostenibilidad. También pueden ser eliminados de forma segura en el medio ambiente sin causar contaminación.
El equipo de investigación de NUS Mechanical Engineering ha estado buscando formas de reducir los residuos, y a su vez promover la sostenibilidad ambiental, mediante el reciclaje de diferentes tipos de residuos - como el papel, los textiles, el plástico y el caucho - en aerogeles multifuncionales. Su último trabajo sobre los aerogeles ecológicos comenzó en agosto de 2016 y tardó tres años en lograr resultados prometedores.
"Estos eco-aerogeles hechos de fibras de hojas de piña son muy versátiles. Son eficaces como absorbentes de aceite y para el aislamiento térmico y acústico. También hemos demostrado sus posibles aplicaciones en la conservación de alimentos y el tratamiento de aguas residuales. Este es un gran paso hacia la agricultura sostenible y la gestión de residuos, y proporciona una fuente adicional de ingresos para los agricultores", dijo el profesor adjunto Duong Hai-Minh, que dirige el equipo de investigación.
El equipo de la NUS también había producido eco-aerogeles utilizando otros residuos agrícolas y alimenticios como el bagazo de la caña de azúcar, los posos de café y el okara.
Bajo costo, alto valor
Los aerogeles ecológicos son fáciles de producir, lo que se traduce en un bajo costo de producción: una lámina de aerogel de un metro cuadrado de superficie y un centímetro de espesor cuesta menos de 10 dólares de los EE.UU. Cuando llega al mercado, una hoja de aerogel del mismo tamaño puede venderse a un precio que oscila entre los S$30 y los S$50.
El proceso de fabricación varía según el tipo de materia prima utilizada. Los pasos clave son: triturar/mezclar, mezclar con agua y una pequeña cantidad de productos químicos no tóxicos, agitar, envejecer, congelar y liofilizar. En promedio, toma hasta 12 horas producir aerogeles a partir de las materias primas - esto es alrededor de 18 veces más rápido que el método convencional "sol-gel" usado para fabricar aerogeles comerciales.
Conservación de alimentos
Para cumplir la función de conservación de alimentos, los aerogeles ecológicos se modifican con polvo de carbón activado para que puedan absorber eficazmente el gas etileno, también conocido como la "hormona de maduración de la fruta", que desencadena el proceso de maduración en las frutas y verduras. Esto es especialmente relevante para las frutas y verduras climatéricas, como el plátano, el mango, la papaya, la patata y el tomate, que siguen madurando considerablemente después de la cosecha.
El profesor Nhan Phan-Thien, miembro superior del equipo de investigación, explicó: "Se descartan grandes cantidades de productos agrícolas frescos debido a la insuficiencia de las instalaciones de almacenamiento y elaboración posteriores a la cosecha, así como a la ineficacia o la interrupción de los sistemas de transporte. Por lo tanto, la reducción del deterioro puede contribuir en gran medida a reducir los desechos".
"En nuestros experimentos de laboratorio, los aerogeles ecológicos modificados con carbono activado pueden retrasar el proceso de putrefacción por lo menos 14 días. El eco-aerogel modificado puede absorber seis veces más etileno que los absorbentes comerciales de etileno de permanganato de potasio. Este es también un método más seguro comparado con el uso convencional de agentes oxidantes fuertes, y más eficiente que los aerosoles químicos no tóxicos, para la conservación de los alimentos", dijo el profesor Phan-Thien.
Tratamiento de las aguas residuales
Los ecoaerogeles fabricados con fibras de hojas de piña tienen propiedades mecánicas más fuertes y son adecuados para su uso en el tratamiento de aguas residuales. Cuando están recubiertos con un producto químico llamado dietilentriamina (DETA), los eco aerogeles pueden eliminar cuatro veces más iones de níquel en las aguas residuales industriales, en comparación con los métodos convencionales que utilizan arcilla derivada naturalmente y grafeno dopado sintéticamente. Se pueden adoptar diferentes revestimientos químicos para permitir a los ecoaerogeles extraer diferentes tipos de metales pesados de soluciones acuosas.
El profesor Duong dijo: "Debido a su alta porosidad, los aerogeles ecológicos son muy eficientes en la eliminación de iones metálicos, incluso en soluciones diluidas donde la cantidad de iones metálicos es baja. El proceso de tratamiento es simple, más barato y no genera residuos secundarios. Los aerogeles ecológicos también pueden desorberber los iones metálicos y ser reutilizados varias veces, reduciendo aún más los costos".
Trabajo futuro
El equipo de nueve miembros de NUS ha presentado una patente para la producción de los eco-aerogeles hechos de fibras de hoja de piña para la conservación de alimentos y el tratamiento de aguas residuales. Hay planes para trabajar con un socio de la industria para ampliar y comercializar esta tecnología.
Basándose en sus prometedores resultados, estos investigadores están ahora considerando la posibilidad de ampliar sus investigaciones en varias áreas clave.
En primer lugar, están identificando diferentes revestimientos químicos para fabricar eco-aerogeles con alta y selectiva adsorción de diferentes iones de metales pesados. En segundo lugar, los investigadores están encontrando formas de recuperar eficientemente los metales pesados de los eco-aerogeles después del tratamiento de las aguas residuales, además de reutilizar los eco-aerogeles.
Por último, el equipo está llevando a cabo estudios para desarrollar técnicas avanzadas y rentables de tejido no tejido para producir aerogeles ecológicos de forma continua como un rollo de longitud ilimitada. Las técnicas no tejidas no requieren ningún disolvente y podrían producir ecoaerogeles más rápido, usando menos energía y un equipo más barato. Esto reducirá significativamente el costo de producción de los ecoaerogeles.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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