Limpieza del agua con "óxido inteligente" e imanes

Nuevo método para contaminantes como el petróleo crudo, el glifosato, los microplásticos y las hormonas

22.08.2023 - Alemania

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Verter motas de óxido en el agua suele ensuciarla más. Pero unos investigadores de la FAU han desarrollado unas nanopartículas especiales de óxido de hierro a las que llaman "óxido inteligente" que en realidad la hacen más limpia. El óxido inteligente puede atraer muchas sustancias, como aceite, nano y microplásticos, así como el herbicida glifosato, dependiendo del recubrimiento de las partículas. Y como las nanopartículas son magnéticas, pueden retirarse fácilmente del agua con un imán junto con los contaminantes. Ahora, el equipo informa de que ha modificado las partículas para atrapar hormonas de estrógeno potencialmente nocivas para la vida acuática.

Los investigadores presentaron sus resultados en la reunión de otoño de la Sociedad Americana de Química (ACS), en la que se presentan unas 12.000 ponencias sobre una amplia gama de temas científicos.

"Nuestro 'óxido inteligente' es barato, no tóxico y reciclable", afirma el Prof. Dr. Marcus Halik, Catedrático de Materiales Poliméricos. "Y hemos demostrado su uso para todo tipo de contaminantes, lo que demuestra el potencial de esta técnica para mejorar drásticamente el tratamiento del agua".

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Las nanopartículas capturan contaminantes

El equipo de investigación de Halik lleva muchos años investigando formas ecológicas de eliminar contaminantes del agua. Los materiales básicos que utilizan son nanopartículas de óxido de hierro en forma superparamagnética, lo que significa que se sienten atraídas por los imanes, pero no entre sí, por lo que las partículas no se aglutinan.

Para hacerlas "inteligentes", el equipo desarrolló una técnica para adherir moléculas de ácido fosfónico a las esferas nanométricas. "Después de añadir una capa de moléculas a los núcleos de óxido de hierro, parecen pelos que sobresalen de la superficie de las partículas", explica Halik. Luego, cambiando lo que se une al otro lado de los ácidos fosfónicos, los investigadores pueden ajustar las propiedades de las superficies de las nanopartículas para que adsorban con fuerza distintos tipos de contaminantes.

Las primeras versiones del óxido inteligente atraparon petróleo crudo del agua recogida en el mar Mediterráneo y glifosato del agua de estanque recogida cerca de la universidad de los investigadores. Además, el equipo demostró que el óxido inteligente podía eliminar nano y microplásticos añadidos a muestras de agua de laboratorio y de río.

Después del petróleo, el glifosato y los microplásticos, ahora las hormonas

Hasta ahora, el equipo se ha centrado en contaminantes presentes sobre todo en grandes cantidades. Lukas Müller, estudiante de posgrado que presenta un nuevo trabajo en la reunión, quería saber si podía modificar las nanopartículas de óxido para atraer contaminantes traza, como las hormonas. Cuando se excretan algunas hormonas de nuestro cuerpo, se vierten en las aguas residuales y acaban entrando en los cursos de agua. Los estrógenos naturales y sintéticos son uno de estos grupos de hormonas, y las principales fuentes de estos contaminantes son los residuos humanos y ganaderos. Las cantidades de estrógenos son muy bajas en el medio ambiente, dice Müller, por lo que son difíciles de eliminar. Sin embargo, se ha demostrado que incluso estos niveles afectan al metabolismo y la reproducción de algunas plantas y animales, aunque no se conocen del todo los efectos de niveles bajos de estos compuestos en los seres humanos durante periodos prolongados.

Los estrógenos se adhieren a las partículas de óxido

"Empecé con el estrógeno más común, el estradiol, y luego con otros cuatro derivados que comparten estructuras moleculares similares", explica Müller. Las moléculas de estrógeno tienen un cuerpo esteroide voluminoso y partes con ligeras cargas negativas. Para aprovechar ambas características, recubrió nanopartículas de óxido de hierro con dos conjuntos de compuestos: uno largo y otro con carga positiva. Las dos moléculas se organizaron en la superficie de las nanopartículas y, según la hipótesis de los investigadores, juntas forman miles de millones de "bolsas" que atraen el estradiol y lo atrapan en su lugar.

Como estas bolsas son invisibles a simple vista, Müller ha estado utilizando instrumentos de alta tecnología para verificar la existencia de estas bolsas de estrógeno. Los resultados preliminares muestran una extracción eficaz de las hormonas a partir de muestras de laboratorio, pero los investigadores necesitan recurrir a experimentos adicionales de espectroscopia de resonancia magnética nuclear en estado sólido y dispersión de neutrones de ángulo pequeño para verificar la hipótesis de los bolsillos. "Estamos intentando utilizar diferentes piezas del rompecabezas para entender cómo se ensamblan realmente las moléculas en la superficie de las nanopartículas", explica Müller.

En el futuro, el equipo probará estas partículas en muestras de agua del mundo real y determinará el número de veces que pueden reutilizarse. Dado que cada nanopartícula tiene una gran superficie con muchas cavidades, los investigadores afirman que deberían poder eliminar los estrógenos de múltiples muestras de agua, reduciendo así el coste por limpieza. "Al reciclar repetidamente estas partículas, el impacto material de este método de tratamiento del agua podría llegar a ser muy pequeño", concluye Halik.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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