La UEx fabrica filtros cerámicos para depurar las aguas de microplásticos

• Investigadores del Grupo Especializado de Materiales de la Universidad de Extremadura (UEx) desarrollan una potente línea de investigación de filtros cerámicos capaces de depurar aguas residuales de una amplia variedad de contaminantes en sectores industriales o agroalimentarios.
• Los filtros propuestos por la UEx son más ligeros, potencialmente más duraderos, y mecánicamente íntegros frente a otros filtros presentes en el mercado.

Un caso de éxito de esta línea de investigación es el proyecto SusBrane, financiado por el gobierno danés, en el que los investigadores de la UEx participan en la fabricación de filtros cerámicos para lavanderías industriales de hospitales. El 35% de las emisiones anuales totales de micro y nanoplásticos en el medio ambiente proviene del lavado de textiles sintéticos. Esto, unido al hecho de que los contaminantes de preocupaciones emergentes (CECs por sus siglas en inglés) de las prendas pueden ser absorbidos por los micro y nanoplásticos, convierte el vertido de aguas residuales de lavanderías industriales con estos plásticos en un problema ambiental. Al mismo tiempo, su implementación permitirá a las lavanderías industriales reducir también en un 90% el uso de agua y ahorrar un 20% de energía.

Además, la UEx ha desarrollado por primera vez filtros cerámicos hechos de carburo de boro, que son más ligeros y potencialmente más duraderos. Estos resultados se han obtenido en el proyecto nacional B4Carbranas, cuyo investigador principal es Ángel Luis Ortiz Seco. El carburo de boro es aproximadamente un 33% más ligero que el que el carburo de silicio con el que se hacen actualmente algunos de los filtros cerámicos más avanzados disponibles comercialmente. “Su ligereza es una ventaja si se quiere filtrar agua en sitios de difícil acceso. Y el carburo de boro es mucho más duro que el carburo de silicio, lo que favorece su durabilidad”, explica el investigador de la UEx.

Según la ONU, el 80% de las aguas residuales retornan al ecosistema sin ser tratadas o reutilizadas y 2 200 millones de personas carecen de acceso a servicios de agua potable gestionados de forma segura. Eliminar los contaminantes y residuos es, por tanto, una prioridad para asegurar un uso sostenible del agua y la salud de las personas.

En este sentido, el Grupo Especializado de Materiales en la Escuela de Ingenierías industriales de la UEx trabaja en una potente línea de investigación de fabricación de filtros cerámicos para industrias que quieran mejorar su sistema de filtrado de contaminantes. Los filtros diseñados por la UEx ayudan al consumo sostenible del agua porque se utilizan para depurar y reutilizar aguas residuales en cualquier sector industrial, alimentario o agrícola. “Nosotros llevamos a cabo la investigación y desarrollo industrial a pequeña escala y una vez que ya comprobamos el funcionamiento óptimo del filtro para un determinado uso, la empresa puede implementarlo a escala de producción industrial”, destaca el investigador Ángel Luis Ortiz Seco.

Extrusión de un filtro plano multicanal

Los investigadores de la UEx fabrican estos filtros mediante un proceso de extrusión de la pasta cerámica que permite producir piezas cerámicas con una morfología muy compleja, diferente número de canales internos y geometría variada. “La morfología del filtro la controlamos mediante el proceso de fabricación. Nosotros los podemos diseñar a medida según la cantidad de agua que tengamos que filtrar y el tipo de filtración que queramos hacer”, señala Ortiz.

El equipo de la UEx diseña las propiedades exactas de la pasta y el tipo de boquilla para obtener el filtro deseado en función de los contaminantes y líquido que se quiera filtrar. La filtración se produce gracias a una pequeña capa de membrana cerámica, que puede tener espesores de tan solo 100 micras, la décima parte de 1 milímetro.

Por ahora, los filtros más comunes en la industria son poliméricos, de plástico. Según Ortiz, son fáciles de fabricar y baratos, pero no resisten las altas temperaturas, se ensucian con mucha más facilidad, son difíciles de limpiar, y tienen propiedades mecánicas relativamente pobres. “Frente a los poliméricos, los filtros cerámicos son mucho más duraderos, tienen mejores propiedades mecánicas, resisten perfectamente las altas temperaturas y los ambientes químicamente agresivos, no se corroen”, subraya Ortiz.

Extrusión de un filtro tubular alveolar

Los filtros cerámicos tienen numerosas aplicaciones, también a pequeña escala, por ejemplo, en piscinas y duchas. En la industria agroalimentaria, como la tomatera e incluso en la láctea, donde los filtros separan la grasa de la leche. Son capaces de separar líquidos entre sí, y son efectivos en todo lo que implique líquidos con partículas en suspensión. Así, en canteras y procesos de corte de piedra natural que origina balsas con lodo donde es preciso separar las partículas sólidas.  Además, los filtros cerámicos no solo depuran líquidos, también gases y se utilizan en la industria de la automoción (por ejemplo, los filtros de partículas de los tubos de escape de los coches diésel).

Proyectos europeos

La UEx participa en 2 proyectos europeos que financian esta línea de investigación. Por un lado, el proyecto CERMIC que busca desarrollar filtros cerámicos innovadores y más eficientes para el tratamiento del agua, utilizando fabricación aditiva para superar limitaciones actuales y agregar propiedades bactericidas, virucidas y fotocatalíticas. Esto permitirá mejorar la filtración, reducir el tamaño de los sistemas y contribuir a la reutilización del agua.

Por otro lado, el proyecto UP2MEM formará a 15 estudiantes de doctorado como parte de un plan de acción global dedicado al estudio de la fabricación de membranas y sistemas de filtración eficientes para la reutilización y el tratamiento del agua y la recuperación de productos valiosos en los alimentos. Los estudiantes de doctorado recibirán un Doctorado Industrial con al menos dos supervisores diferentes, un supervisor universitario y otro de la industria.

Fuente: Servicio de Difusión de la Cultura Científica de la UEx

Referencias:

Cristina Ojalvo, María Jiménez-Fuentes, Wenjing Zhang, Fernando Guiberteau, Victor M. Candelario, Angel L. Ortiz; Fabrication of B4C ultrafiltration membranes on SiC supports; Journal of the European Ceramic Society Volume 42, Issue 7, July 2022, Pages 3118-3126.

Manuel A. García-Galán, Victor M. Candelario, Fernando Guiberteau, Angel L. Ortiz; Evaluating the mechanical integrity and reliability of multi-channelled flat-sheet ceramic membranes for filtration applications; Ceramics International Volume 50, Issue 5, 1 March 2024, Pages 7441-7450.

Juan R. Madrigal, Manuel A. García Galán, Fernando Guiberteau, Victor M. Candelario, Angel L. Ortiz; Novel B4C supports for ceramic membrane filtration; Ceramics International Volume 50, Issue 23, Part B, 1 December 2024, Pages 50436-50443.

Manuel A. García-Galán, Victor M. Candelario, Fernando Guiberteau, Angel L. Ortiz; Compressive strength as a screening tool for quality control of tubular honeycomb ceramic filters; Ceramics International Available online 16 May 2025.

Proyecto B4Carbranas “Desarrollo de nuevas membranas y soportes cerámicos de B4C para depuración de agua”. Convocatoria nacional “Proyectos de Transición Ecológica y Transición Digital”. Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (2021).

Proyecto CERMIC “Innovation in complex structures combining 3D Microvilli-based materials and active coating and interfaces to disrupt high-capacity filtration systems”. Convocatoria M-ERA.NET Call 2024.

Proyecto UP2MEM “Materials UP-cycling TO fabricate advanced MEMbrane technologies for water and food industries: towards zero waste and a circular economy”. Convocatoria HORIZON-MSCA-2024-DN-01 (MSCA Doctoral Networks 2024).

Proyecto SusBrane “Towards Zero-harmful Discharge: Sustainable Industrial Laundry Wastewater Treat-ment by Advanced Membrane Technologies”. Financiado por Innovation Fund Denmark (Gobierno de Dinamarca).