Nanotecnología para eliminar contaminantes del ambiente

^{Alfo Medeiros}

En la última década, los micro y nanoplásticos (MP/NP), junto con las sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS), han emergido como dos de los contaminantes orgánicos persistentes más problemáticos en los ecosistemas acuáticos. La acumulación de estos compuestos plantea serios riesgos para la salud humana y la biodiversidad, generando una creciente necesidad de tecnologías eficientes para su eliminación. En este contexto, una reciente investigación ha desarrollado redes de nanopartículas catiónicas basadas en polímeros (CNN), que logran la eliminación simultánea de MP/NP y PFAS de soluciones acuosas con una eficacia sin precedentes.

El problema de la contaminación por plásticos ha alcanzado proporciones alarmantes. Se estima que solo el 9% de los residuos plásticos se reciclan, y que entre 100 y 250 millones de toneladas de desechos plásticos podrían ingresar al ambiente acuático para 2025. Los MP/NP (<5 mm y <1 μm de diámetro, respectivamente) se generan por la degradación de plásticos más grandes y pueden transportar metales pesados, pesticidas y otros contaminantes tóxicos. Además, su ingesta por humanos y fauna marina se asocia con inflamación, inmunosupresión y disfunción neurológica.

Por otro lado, los PFAS, utilizados en productos industriales y de consumo, son compuestos extremadamente persistentes que se han detectado en tejidos humanos y animales a nivel mundial. Su exposición se ha vinculado con enfermedades como cáncer, infertilidad y alteraciones endocrinas, lo que ha impulsado regulaciones más estrictas para su control.

Los tratamientos tradicionales para la eliminación de MP incluyen procesos de coagulación, filtración con arena y clarificación, con eficiencias entre el 66 y el 89%. Tecnologías avanzadas como la electrocoagulación, la separación por membranas y los microrobots magnéticos han demostrado ser prometedoras, pero su aplicabilidad sigue estando limitada por costos operativos elevados y problemas de escalabilidad.

Para los PFAS, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) ha recomendado el uso de carbón activado granular (GAC), resinas de intercambio iónico y ósmosis inversa. Sin embargo, estos métodos presentan desventajas, como baja selectividad, requerimientos energéticos altos y acumulación de residuos peligrosos.

En este contexto, la nueva tecnología basada en CNN representa un hito en la remediación ambiental. Estos materiales se sintetizan en un proceso de tres etapas:

1. Autoensamblaje inducido por polimerización (PISA): permite la formación de nanopartículas de polímero con estructura controlada.
2. Fotocurado rápido: transforma estas nanopartículas en una red tridimensional estable.
3. Formación de sales de amonio cuaternario: proporciona cargas positivas a la estructura para facilitar la adsorción de contaminantes aniones.

Las pruebas realizadas con los materiales CNN demostraron capacidades de remoción récord:

1. Para microplásticos: Qmax = 1865 mg/g, superando ampliamente materiales convencionales como carbón activado.
2. Para PFOA (un PFAS representativo): Qmax = 134,6 mg/g.
3. Eliminación simultánea de MP y PFAS en agua de mar y en un rango amplio de pH.

Estos valores representan un avance significativo, dado que ninguna tecnología previa ha logrado una adsorción dual de MP y PFAS con esta eficiencia y rapidez.

Los estudios espectroscópicos revelaron que la adsorción de contaminantes en CNN ocurre principalmente por interacciones electrostáticas entre los grupos amonio cuaternario y las cargas negativas de MP/PFOA. Además, las pruebas de reutilización mostraron que, tras tres ciclos de regeneración con NaCl 1 M, el material conservó el 91% de su capacidad adsorbente inicial, lo que lo convierte en una solución sostenible y económicamente viable.

Este desarrollo marca un punto de inflexión en la tecnología de tratamiento de agua. Al permitir la eliminación simultánea de dos tipos de contaminantes persistentes en condiciones realistas, las CNN tienen el potencial de revolucionar las estrategias de purificación de agua potable y tratamiento de efluentes industriales.

En el futuro, se espera que la optimización de estos materiales permita su aplicación a gran escala en plantas de tratamiento y en la descontaminación de ecosistemas acuáticos afectados por residuos plásticos y PFAS. Con regulaciones cada vez más estrictas en materia de contaminación del agua, la nanotecnología podría desempeñar un papel crucial en la protección de la salud humana y el medio ambiente.

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