Los contaminantes emergentes son compuestos —microplásticos, aceites, colorantes, fármacos, plastificantes, etc.— que van a parar a los ecosistemas acuáticos y pueden suponer un riesgo para el medio ambiente y la salud. Estos contaminantes, que están relacionados con las actividades humanas, pueden encontrarse en las aguas residuales, y eliminarlos representa todo un reto científico, tecnológico y social.
Un estudio liderado por la Universidad de Barcelona presenta ahora una estrategia innovadora basada en utilizar partículas de naturaleza superhidrofóbica para degradar contaminantes que son difíciles de eliminar del agua. El trabajo, publicado en la revista Journal of Environmental Chemical Engineering, lo firman los investigadores Oriol Rius Ayra y Núria Llorca Isern, del Grupo de Investigación de Caracterización y Procesos en Ciencia de Materiales (CPCM) de la Facultad de Química de la UB.
Los resultados de la investigación abren nuevas posibilidades al diseño de nuevos materiales superhidrofóbicos con propiedades multifuncionales para eliminar contaminantes persistentes, objetivo científico que conforma una de las líneas del grupo de investigación.
Agua limpia y saneamiento para toda la humanidad
Garantizar la disponibilidad de agua y una gestión sostenible de los recursos hídricos y el saneamiento es uno de los objetivos de desarrollo sostenible (ODS) aprobados por las Naciones Unidas para el periodo 2015-2030. Sin embargo, la mayoría de las aguas residuales relacionadas con la actividad humana todavía se vierten a los ríos o al mar sin eliminar los contaminantes.
El nuevo estudio describe las propiedades multifuncionales de unas partículas de naturaleza superhidrofóbica para eliminar y degradar varios contaminantes en el agua. En concreto, la superhidrofobicidad es una característica presente en algunos animales y vegetales de forma natural, para reducir o eliminar el contacto superficial con las moléculas de agua.
«El uso de los materiales superhidrofóbicos es una estrategia efectiva para combatir la contaminación ambiental. Hace unos años se intentó mimetizar la superhidrofobicidad presente en la naturaleza, como en el caso de la flor de loto (un ejemplo emblemático de esta propiedad). Ahora bien, en los últimos años la investigación ha avanzado para diseñar nuevos materiales, con diversas aplicaciones», detalla Oriol Rius, profesor lector Serra Húnter del Departamento de Ciencia de Materiales y Química Física de la UB. «Los materiales superhidrofóbicos destacan por su gran versatilidad, con usos como la autolimpieza de superficies o la eliminación de aceites y disolventes orgánicos», continúa.
Partículas superhidrofóbicas con doble funcionalidad
En el marco del estudio, el equipo ha podido preparar un conjunto de partículas que presentan dos caras, es decir, dos regiones con distintas composiciones químicas: son las partículas superhidrofóbicas de FeNi3/Al2O3 de tipo Jano, llamadas así por el paralelismo con el dios romano del mismo nombre, una divinidad clásica que se representa con dos rostros.
«El hecho de que la partícula tenga dos dominios claramente diferenciados le confiere propiedades multifuncionales, que permiten eliminar tres tipos de contaminantes distintos: disolventes orgánicos, colorantes estables y microplásticos», detalla la profesora Núria Llorca. «Como estos materiales presentan dos caras diferenciadas, esto hace posible que cada una actúe de forma distinta. Concretamente, una tiene más afinidad con los disolventes orgánicos y los microplásticos, ya que está funcionalizada con un compuesto llamado ácido láurico», continúa Rius. «En cambio, la otra cara no presenta este compuesto, pero permite la degradación rápida y efectiva de un colorante bastante estable. Estas dos características hacen que el sistema en su conjunto sea capaz de eliminar diferentes tipos de contaminantes».
Para obtener estos materiales superhidrofóbicos, en una primera etapa se forma una aleación, en un proceso que exige mucha energía, para obtener finalmente materiales químicamente activos que a menudo son difíciles de conseguir en otras condiciones. La segunda etapa consiste en la funcionalización de la superficie para conferir las nuevas propiedades superhidrofóbicas. «La etapa más compleja en el procesamiento de estos materiales es la funcionalización, ya que requiere una reacción química en la superficie con una estructura de dimensiones micro- y nanométricas. A su vez, uno de los desafíos metodológicos es no utilizar compuestos fluorados, que a menudo son tóxicos, y, por tanto, hay que dirigir la investigación al uso de compuestos más sostenibles de origen natural», subraya Llorca.
«En el futuro, la posibilidad de combinar diferentes composiciones químicas en un único material podría ampliar el campo de aplicación de estos materiales con propiedades superhidrofóbicas», concluye el equipo.