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UNAM desarrolla método para eliminar contaminantes emergentes del agua con luz y nanomateriales

Omar Páramo / Francisco Medina
Deshacerse de ellos con los métodos tradicionales es difícil, por lo que el LUNA ha perfeccionando en un método capaz de eliminarlos en su totalidad

En la última década se ha detectado la feminización en algunas especies de peces y los científicos han concluido que esto se debe a la presencia de ciertos químicos en el agua —llamados contaminantes emergentes—, los cuales, en el humano, pueden detonar padecimientos como el cáncer.

Deshacerse de ellos con los métodos de tratamiento tradicionales es difícil, por lo que en el Laboratorio Universitario de Nanotecnología Ambiental (LUNA) del Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico (CCADET) de la UNAM se ha venido perfeccionando en un método de fotocatalización con nanomateriales, el cual es capaz de eliminarlos con rapidez y casi en su totalidad.

“Los compuestos nocivos en los que nos enfocamos están presentes en productos de uso diario como medicamentos, desodorantes, antibacteriales o jabones y, por ello, entran en el ambiente de manera constante, vía los líquidos residuales. Lo hacen en concentraciones bajas y así, poco a poco, afectan a los organismos con los que tienen contacto; quizá la manifestación de estas afecciones no sea brutal, pero sí de gran impacto”, indicó Juan Carlos Durán Álvarez.

Para el investigador asociado del LUNA, uno de los principales problemas de estos químicos es que, además de tener una larga vida, muchos pasan intactos por las instalaciones que, se supone, deberían limpiar el líquido, y así llegan a los cuerpos acuosos.

“Las plantas de tratamiento usan bacterias como estrategia de limpieza hídrica, pero como muchos de estas sustancias son antibióticos el sistema resulta inútil. Por otro lado, a menudo las bacterias deben lidiar con contaminantes cuyas moléculas son abundantes en iodo y, aunque no son su alimento preferido, al intentar consumirlas generan rompimientos moleculares que dan pie a las llamadas aminas, que son carcinogénicas”, agregó.

Si deseamos evitar este tipo de situaciones, explicó el ingeniero químico, nuestra mejor alternativa es degradar completamente las moléculas hasta llegar a la mineralización, es decir, oxidarlas hasta que no quede más nada que carbono, C02 y algunos iones, algo que podemos lograr con la fotocatalización heterogénea.

Fotocatalizadores y nanomateriales

En el LUNA, el profesor Durán Álvarez ha desarrollado un método de fotocatalización con base en semiconductores nanométricos que, al ser expuestos a la luz, generan radicales hidroxilo, extremadamente oxidantes y muy reactivos con todo lo que hay a su alrededor.

Para entender cómo opera este fenómeno imaginemos a un fotón (partícula mínima de la luz) chocando con un semiconductor; lo que hace este impacto es excitar a un electrón y lo obliga a viajar a la superficie, produciendo en su camino radicales hidroxilo, detalló.

“Es justo este proceso el que nos permite degradar los contaminantes emergentes y conseguir aquello que no pueden hacer las bacterias, ya sea porque sucumben frente a los antibióticos o porque ciertas moléculas les resultan muy complejas. La fotocatálisis da buenos resultados pues oxida de forma exhaustiva y sin hacer distingos”.

La otra gran ventaja es que los radicales hidroxilo son inocuos, pues tienen una vida de apenas micro o nanosegundos y luego desaparecen; no obstante, este breve lapso les basta para descomponer los contaminantes que tienen en derredor, los cuales, de otra manera, permanecerían flotando en el agua hasta 100 días.

“El material más noble para tratar agua bajo este método es el óxido de titanio (TiO2), fácil de sintetizar y no tóxico, aunque muy activo. El problema es que necesita una energía de activación amplia, es decir, luz UV, lo que nos imposibilita trabajar con una planta solar, ya que sólo el cinco por ciento del espectro lumínico del Sol es ultravioleta”.

Los materiales activados con luz visible tienden a ser menos reactivos, por ello Durán Álvarez y su equipo han dedicado los últimos años a modificar diferentes semiconductores a fin de hacerlos funcionar en este tipo de luminosidad.

A fin de potenciar las cualidades del TiO2 y deshacerse de sus limitantes, añadió el ingeniero, éste se puede mezclar con otros óxidos (a esto se le llama heteroestructura); sin embargo, ello no asegura que los electrones se comportarán acorde a lo esperado y generarán radicales HO. Para ello es preciso buscar las mejores arquitecturas. Al mezclar óxidos es tan importante encontrar la combinación apropiada como la manera óptima de hacerlo.

Del laboratorio a la planta piloto

Además de con TiO2, Juan Carlos Durán trabaja con otros semiconductores, sea con óxidos de tungsteno y de bismuto, o con vanadato y oxiyoduro de bismuto. Para probar su efectividad, el académico ha evaluado su capacidad para degradar Iopromida (un medio de contraste), Carbamazepina (antiepiléptico) y Bisfenol A (plastificante), pues todos tienen moléculas persistentes en agua.

“En concentraciones de 30 microgramos por litro y con luz solar como fuente de energía degradamos el 80 por ciento de la carbamazepina; eso no le pide nada a un sistema de tratamiento convencional, que demora de ocho a 16 horas en limpiar las mismas cantidades”.

Sin embargo, el académico advierte que este método, por sí sólo, es incapaz de sustituir a una planta de tratamiento convencional. “Más bien es un proceso que deberíamos aplicar al final”.

Un extra del método desarrollado en el LUNA, indicó el entrevistado, es que al tiempo que limpia el agua, la desinfecta. “La fotocatálisis también puede romper membranas bacteriales, por lo que la bacteria hace lisis y muere, y si no, su ADN queda tan afectado que le es imposible reproducirse. El objetivo es lograr una acción bactericida, pero si no podemos, al menos tenemos una bacteriostática”.

Los resultados obtenidos por Durán Álvarez han sido de interés para la Secretaría de Ciencia, Tecnología e Innovación de la Ciudad de México, la cual le ofreció al ingeniero un proyecto de dos años cuya etapa final consiste en poner en marcha una planta piloto.

“Tras probar el concepto en pequeño pasamos al nivel de microplanta; ahora haremos algo parecido para movernos a una escala piloto. Si me pidieran un porcentaje de avance en cuanto a nuestro objetivo final, diría que llevamos un 60 por ciento”.

Para el investigador, llegar a este punto y desarrollar tecnología que llegue a la sociedad debería ser un deber de todos los científicos, “pero no lo hacemos y esto es un problema, pues estamos acostumbrados a quedarnos en el laboratorio y nos da miedo llevar nuestros trabajos al mundo real, esperamos que alguien más lo haga. Sí hay trabas para hacer de nuestras investigaciones algo tangible, es cierto, aunque las principales son las personales”.

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