Memoria para optar al título de Ingeniero Civil en Biotecnología / La incrustación (fouling) biológica es una de las mayores causas de daño en membranas para sistemas de purificación de agua por osmosis reversa (OR). La modificación de las membranas mediante la adición de nanopartículas (NPs) metálicas u óxidos, con características antimicrobianas, han demostrado mejorar la resistencia de la membrana al biofouling. Sin embargo, el mecanismo tóxico varía dependiendo del tipo de nanopartícula incorporada. En el caso de las modificaciones con cobre, los mecanismos de acción de las nanopartículas de cobre y su incidencia cuando se encuentran en la membrana modificada aún no son claros.
En el presente trabajo se estudiaron los parámetros y mecanismos por los cuales las NPs inducen efectos nocivos, esto mediante un estudio de las vías tóxicas para 3 tipos de membranas con distintas modificaciones con cobre: nanopartículas de cobre elemental (Cu-NPs), nanopartículas de óxido de cobre (CuO-NPs) y un oligómero de cobre formado a partir de sal de cobre (Cu-MPD), todo esto con el objetivo de caracterizar y estudiar los mecanismos biocidas del cobre en estas membranas modificadas, junto a la generación de un modelo que describa la capacidad biocida de las nanopartículas en membranas de osmosis reversa.
A partir de la bibliografía revisada se encontró que el efecto tóxico más preponderante de las NPS en membrana corresponde a la disolución de las NPs con liberación de iones, los cuales inducen toxicidad en células al superar una concentración dada. Todos estos efectos están sujetos a características de la nanopartícula como su tipo, tamaño y forma, y también a las condiciones de medio. Este efecto fue estudiado mediante un seguimiento de la cinética de disolución, tanto en suspensión como en membrana. Además, se realizaron pruebas con las membranas en presencia de un cultivo de E. coli, en donde se monitoreó la viabilidad de las bacterias mediante conteo de colonias viables (CFU) y se obtuvieron indicadores para cuantificar el efecto tóxico del cobre. Estos no mostraron diferencias apreciables entre los cobres estudiados, los cuales con capaces de mantener un alto nivel de inhibición (mayor al 90%), incluso luego de alcanzada la fase exponencial de crecimiento del microorganismo.
Se obtuvieron cinéticas de primer orden de disolución que varían según el tipo de cobre utilizado. Debido a las diferencias observadas en las cinéticas de disolución, se plantearon 2 modelos para describir la liberación de iones de cobre desde las membranas modificadas. Los modelos obtuvieron una buena correlación con los datos experimentales. El análisis de estos modelos permitió identificar que la carga efectiva de cobre en membrana es uno de los fenómenos más relevantes para caracterizar la eficiencia biocida de las mismas, dado que define la tasa de liberación de iones y el tiempo de vida del cobre en la membrana. Finalmente, a partir del modelo anti-biofouling propuesto, se obtuvo que las membranas de Cu-MPD presentan una ventaja frente a las NPs, dado que alcanzan un poder biocida similar con menor carga de cobre, con un efecto más perdurable en el tiempo. La metodología utilizada puede ser implementada en otros modelos que incluyan el uso de nanopartículas.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UCHILE/oai:repositorio.uchile.cl:2250/171131 |
| Date | January 2019 |
| Creators | Quezada Mustaros, Rodrigo Sebastián |
| Contributors | Salgado Herrera, José, Garcia Gonzalez, Andreina, Olivera Nappa, Álvaro, Estay, Humberto |
| Publisher | Universidad de Chile |
| Source Sets | Universidad de Chile |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | Tesis |
| Rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Chile, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/cl/ |
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