Els contaminants emergents són compostos —microplàstics, olis, colorants, fàrmacs, plastificants, etc.— que van a parar als ecosistemes aquàtics i poden representar un risc per al medi ambient i la salut. Aquests contaminants, que estan lligats a les activitats humanes, es poden trobar en les aigües residuals, i eliminar-los representa tot un repte científic, tecnològic i social.
Un estudi liderat per la Universitat de Barcelona presenta ara una estratègia innovadora basada a utilitzar partícules de naturalesa superhidrofòbica per degradar contaminants que són difícils d’eliminar de l’aigua. El treball, publicat a la revista Journal of Environmental Chemical Engineering, el signen els investigadors Oriol Rius Ayra i Núria Llorca Isern, del Grup de Recerca de Caracterització i Processos en Ciència de Materials (CPCM) de la Facultat de Química de la UB.
Els resultats de la investigació obren noves possibilitats al disseny de nous materials superhidrofòbics amb propietats multifuncionals per eliminar contaminants persistents, un objectiu científic que conforma una de les línies de recerca del grup de recerca.
Aigua neta i sanejament per a tota la humanitat
Garantir la disponibilitat d’aigua i una gestió sostenible dels recursos hídrics i el sanejament és un dels objectius de desenvolupament sostenible (ODS) aprovats per les Nacions Unides per al període 2015-2030. No obstant això, la majoria de les aigües residuals relacionades amb l’activitat humana encara s’aboquen als rius o al mar sense eliminar-ne els contaminants.
El nou estudi descriu les propietats multifuncionals d’unes partícules de naturalesa superhidrofòbica per eliminar i degradar diversos contaminants en l’aigua. En concret, la superhidrofobicitat és una característica present en alguns animals i vegetals de manera natural, per reduir o eliminar el contacte superficial amb les molècules d’aigua.
«L’ús dels materials superhidrofòbics és una estratègia efectiva per combatre la contaminació ambiental. Fa uns anys es va intentar mimetitzar la superhidrofobicitat present a la natura, com en el cas de la flor de lotus (un exemple emblemàtic d’aquesta propietat). Ara bé, en els darrers anys la recerca ha avançat per dissenyar nous materials, amb diverses aplicacions», detalla Oriol Rius, que és professor lector Serra Húnter del Departament de Ciència de Materials i Química Física de la UB. «Els materials superhidrofòbics destaquen per la gran versatilitat, amb usos com l’autoneteja de superfícies o l’eliminació d’olis i dissolvents orgànics», continua.
Partícules superhidrofòbiques amb doble funcionalitat
En el marc de l’estudi, l’equip ha pogut preparar un conjunt de partícules que presenten dues cares, és a dir, dues regions amb diferents composicions químiques: són les partícules superhidrofòbiques de FeNi3/Al2O3 de tipus Janus. D’això, el paral·lelisme amb el déu romà Janus, una divinitat clàssica que es representa amb dos rostres.
«El fet que la partícula tingui dos dominis clarament diferenciats li confereix propietats multifuncionals, que permeten eliminar tres tipus de contaminants diferents: dissolvents orgànics, colorants estables i microplàstics», detalla la professora Núria Llorca. «Com que aquests materials presenten dues cares diferenciades, això fa possible que cadascuna actuï de manera diferent. Concretament, una té més afinitat amb els dissolvents orgànics i els microplàstics, ja que està funcionalitzada amb un compost anomenat àcid làuric», continua Rius. «En canvi, l’altra cara no presenta aquest compost, però permet la degradació ràpida i efectiva d’un colorant força estable. Aquestes dues característiques fan que el sistema en conjunt sigui capaç d’eliminar diferents tipus de contaminants».
Per obtenir aquests materials superhidrofòbics, en una primera etapa es forma un aliatge, en un procés que exigeix molta energia, per obtenir finalment uns materials químicament actius que sovint són difícils d’obtenir en altres condicions. La segona etapa consisteix en la funcionalització de la superfície per conferir-hi les noves propietats superhidrofòbiques. «L’etapa més complexa en el processament d’aquests materials és la funcionalització, ja que requereix una reacció química a la superfície amb una estructura de dimensions micro- i nanomètriques. A la vegada, un dels desafiaments metodològics és no emprar compostos fluorats, que sovint són tòxics, i, per tant, cal dirigir la recerca a l’ús de compostos més sostenibles d’origen natural», subratlla Llorca.
«En el futur, la possibilitat de combinar diferents composicions químiques en un únic material podria ampliar el camp d’aplicació d’aquests materials amb propietats superhidrofòbiques», conclou l’equip.