Tesi doctoral de Natalia Ormeño Cano: "Electrochemical removal of antibiotics and multidrug-resistant bacteria using graphene-sponge electrodes". Dirigida per la Dra. Jelena Radjenovic i el Dr. Joaquim Comas Matas, Departament d'Enginyeria Química, Agrària i Tecnologia Agroalimentària.
L’ús abusiu
d’antibiòtics, tant per al consum humà com veterinari, ha provocat l’aparició
d’aquests contaminants en concentracions cada vegada més elevades en diferents
medis aquàtics, com són llacs, rius i aigües subterrànies. Aquests contaminants
són persistents i, per tant, difícils d’eliminar mitjançant tractaments
convencionals. Com a conseqüència, la seva presència constant genera una
problemàtica afegida: l’aparició de bacteris resistents als antibiòtics. Això
implica que molts dels bacteris, per a l’eliminació de les quals es van
dissenyar aquests fàrmacs, han desenvolupat gens propis de resistència, donant
lloc a infeccions difícils de tractar i contribuint al que avui dia es coneix
com una “pandèmia silenciosa”. Aquesta situació ha generat una gran preocupació
en l’àmbit de la salut pública, ja que els bacteris resistents als antibiòtics
(ARBs) i els seus gens de resistència (ARGs) es troben també presents en
diverses matrius aquàtiques. Com que aquests contaminants emergents representen
un repte tant per a les tecnologies convencionals de tractament d’aigua com per
a les avançades, aquesta tesi doctoral es centra en investigar l’eficiència
dels processos d’electrooxidació per a l’eliminació d’antibiòtics i de bacteris
multiresistents (tant Gram-positius com Gram-negatius) en solucions aquoses.
Particularment,
els tractaments d’oxidació electroquímica més utilitzats presenten certes
limitacions, com els alts costos dels materials emprats per a la fabricació
dels elèctrodes i la generació de subproductes clorats altament tòxics. A més,
un altre desafiament important que en dificulta l’aplicació generalitzada són
les limitacions en el transport de matèria i la disminució de l’eficiència
energètica quan es treballa amb matrius de baixa conductivitat.
Per tal de
superar aquests reptes, s’ha investigat l’optimització del disseny del
tractament mitjançant l’ús de reactors de flux continu i la síntesi
d’elèctrodes 3D com a possibles alternatives per millorar-ne el rendiment i
l’eficiència energètica. Les esponges 3D de grafè desenvolupades recentment per
aquest grup de recerca han demostrat ser una solució prometedora, ja que el seu
processament és senzill, econòmic i escalable. A més, són inherentment
electrocatalítiques, cosa que evita la producció de subproductes clorats, i han
mostrat una elevada eficàcia en l’eliminació de contaminants emergents com
antibiòtics o diversos patògens.
Un altre gran
avantatge d’aquestes esponges de grafè és la seva versatilitat, ja que poden
ser dopades amb diferents elements per adaptar la seva activitat catalítica als
requisits del tractament. En aquest estudi, s’han utilitzat bor, nitrogen i
sofre com a dopants, i s’han investigat diversos paràmetres del procés per
optimitzar l’eliminació de bacteris resistents Gram-positius i Gram-negatius,
així com d’antibiòtics en matrius aquoses de baixa conductivitat.
Lectura de la tesi: 28/10/2025 a l'Institut Català de Recerca de l'Aigua (informació extreta de l’Agenda activitats de la web Escola de Doctorat).
Publicació de la tesi: http://hdl.handle.net/10803/696098