ESCUELA DE DOCTORADO

 
Tesis Doctorales de la Universidad de Alcalá
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ANION-EXCHANGE MEMBRANES FROM END-OF-LIFE REVERSE OSMOSIS MEMBRANES: INDIRECT RECYCLING APPROACH FOR A CIRCULAR WATER SECTOR
Autor/aOrtiz de Lejarazu Larrañaga, Amaia
DepartamentoQuímica Analítica,quím.física e Ing.quím
Director/aMolina Martínez, Serena
Codirector/aOrtiz Díaz-guerra, Juan Manuel
Fecha de defensa18/03/2022
CalificaciónSobresaliente Cum Laude
ProgramaHidrología y Gestión de los Recursos Hídricos (RD 99/2011)
Mención internacionalSi
ResumenEl creciente número de membranas de Ósmosis Inversa (OI) desechadas anualmente en vertederos genera un gran problema medioambiental. En este contexto, el desarrollo de alternativas que permitan su reutilización y reciclaje contribuye a la reducción de los residuos generados en los procesos de desalación y promueve la transición hacia la economía circular en el sector del agua. Estudios previos han abordado la reutilización y el reciclaje directo de las membranas. Sin embargo, el reciclaje indirecto, mediante la apertura del módulo y la extracción y gestión individualizada de sus componentes puede suponer una alternativa más adecuada cuando las membranas presentan un gran deterioro. El objetivo de esta Tesis es el reciclaje indirecto de membranas de OI desechadas como membranas de intercambio aniónico, y su validación en diferentes procesos para el tratamiento de aguas. Las membranas de intercambio aniónico se prepararon mediante la extensión de una mezcla polimérica que contiene una resina de intercambio iónico finamente pulverizada sobre la membrana de OI desechada, previamente acondicionada. Mediante esta técnica, se obtuvieron membranas con una alta permselectividad (87%). Sin embargo, su resistencia eléctrica era relativamente alta (77 ¿ cm2), lo que se tradujo en consumo energético relativamente elevado derivado de su uso en electrodiálisis. Por consiguiente, se desarrolló un tratamiento de activación acido/base mediante el cual se obtuvo una reducción del 37% de la resistencia eléctrica de las membranas, respecto a valores iniciales. De esta forma, se consiguió reducir el consumo energético del proceso de desalación de agua salobre mediante electrodiálisis de 5.2 a 3.0 kWh·m-3. Posteriormente, se trabajó en el desarrollo de membranas de intercambio aniónico con propiedades monoselectivas, con el objetico de ampliar las posibles aplicaciones de las membranas desarrolladas. Por un lado, se investigó la modificación superficial de una membrana de intercambio aniónico comercial, mediante la cual se consiguió aumentar la separación selectiva entre cloruros y sulfatos (S60 (%)) de un 5% en la membrana original a un 17% en la membrana modificada. Por otro lado, se prepararon membranas de intercambio aniónico con propiedades selectivas a nitrato a partir de membranas de OI desechadas. De esta forma se incrementó el transporte de nitrato a través de la membrana (número de transporte del ion en la membrana (t_i^m), 0.48), al tiempo que redujo el transporte de sulfato (t_i^m, 0.23). Por último, se validaron las membranas preparadas en los procesos pasivos de diálisis de Donnan y en el biorreactor de membranas de intercambio iónico, para la eliminación de nitrato de un agua contaminada, con el objetivo de alcanzar concentraciones aptas para el consumo, con un aporte mínimo de energía. Se obtuvo una media del 56% de eliminación en 24 horas en ambos sistemas, mientras que la integración del biorreactor permitió la completa reducción biológica del nitrato. Además, la utilización de estas membranas podría suponer una alternativa más económica a las membranas comerciales. Esta investigación pretende contribuir a la transición hacia una economía circular, como parte de los objetivos establecidos por la Comisión Europea a través del en el Pacto Verde Europeo.