Imagina algo pequeño, tan pequeño que no lo puedes ver ni bajo un microscopio convencional. Tan pequeño que equivale a la milésima parte del grosor de un cabello. De esa magnitud estamos hablando cuando nos referimos a los nanomateriales, los cuales son materiales con al menos una de sus dimensiones entre 1 y 100 nanómetros, esto es, la millonésima parte de un milímetro. Por su tamaño tan pequeño, los nanomateriales tienen propiedades únicas y diferentes a las de los mismos materiales cuando se presentan en escalas que podemos percibir con nuestros sentidos. Por ejemplo, el carbono que en su forma pura lo conocemos como grafito o diamante, se vuelve un material superconductor si se encuentra como grafeno, o un material súper resistente y ligero si se encuentra como nanotubos de carbono.

Por sus propiedades únicas los nanomateriales han revolucionado la ciencia y la tecnología ayudando a la miniaturización de nuestros dispositivos electrónicos y generando alternativas increíbles en tratamientos médicos contra el cáncer. Las ciencias ambientales también están siendo revolucionadas por la nanotecnología, abriendo un mundo de posibilidades para la eliminación de contaminantes, ya sea utilizando los nanomateriales puros o recubiertos para remover contaminantes. En la Unidad de Tecnología Ambiental del CIATEJ, sede Guadalajara estamos trabajando en colaboración con la Universidad de California Santa Bárbara (UCSB) para el uso de nanomateriales magnéticos para la adsorción de contaminantes del Lago de Chapala.

Nuestras nanopartículas magnéticas se encuentran recubiertas por surfactantes (también llamados tensoactivos o detergentes, es decir, sustancias que reducen la tensión superficial en un fluido) que a su vez están confinadas por una capa de sílice. De esta manera, los contaminantes son adsorbidos en la superficie de la nanopartícula, y haciendo uso de un campo magnético, las nanopartículas se pueden retirar del agua. Lo mejor de todo, es que las nanopartículas, una vez que se hayan saturado, se pueden lavar con solventes suaves como alcohol y ser reutilizadas. Estas partículas se han llamado Mag-PCMAs por sus siglas en inglés (Magnetic Permanently Confined Micelle Arrays). Las Mag-PCMAs fueron diseñadas por el grupo del Dr. Arturo Keller, nuestro colaborador en la UCSB, quienes desde hace más de 10 años han trabajado en la optimización de las condiciones para la síntesis de las Mag-PCMAs, además de probar diferentes surfactantes que hacen posible la adsorción de gran variedad de contaminantes. Sus estudios a escala laboratorio han demostrado que las Mag-PCMAs pueden adsorber de manera selectiva de plaguicidas, componentes de combustibles fósiles, colorantes, metales pesados y algunos fármacos. La colaboración se estableció con el fin de avanzar la tecnología a aplicaciones en sistemas de agua reales, donde la presencia de materia orgánica y otros componentes como nitratos y fosfatos pueden interferir con la adsorción de contaminantes.

El Lago de Chapala, así como muchas fuentes de agua alrededor del mundo, se encuentran altamente impactados por la contaminación. La actividad industrial y las descargas de aguas residuales han llevado a la presencia de contaminantes como metales pesados, fármacos y productos de cuidado personal, en concentraciones que pueden representar un riesgo para el medio ambiente y la salud humana. Nuestro proyecto se ha enfocado en la remoción de compuestos que no se pueden eliminar en su totalidad en plantas de tratamiento de agua tradicionales, ya sea porque los contaminantes están en concentraciones muy altas o porque son muy difíciles de transformar. Tal es el caso del acesulfame-K, un edulcorante que se utiliza en los productos dulces bajos en calorías. Este compuesto se encuentra en concentraciones tan altas a la entrada de las plantas de tratamiento de aguas residuales, que aún después del tratamiento, el agua de salida contiene concentraciones lo suficientemente altas como para poder generar un efecto a largo plazo en los organismos que viven en el Lago de Chapala. El acesulfame-K, así como otros compuestos que son usados como fármacos (diclofenaco, ketoprofeno y naproxeno), repelentes de agua, repelentes de mosquitos, y agentes antibacteriales, son compuestos que no se encuentran bajo ninguna regulación por parte del gobierno para su descarga en cuerpos de agua. Es por esto que es de vital importancia generar tecnologías sencillas y eficientes para su eliminación. Las Mag-PCMAs se presentan con una atractiva alternativa. 

Nuestros estudios han demostrado que con tan sólo 2 miligramos de Mag-PCMAs por cada litro de agua, podemos eliminar en 10 minutos la totalidad de acesulfame-K presente en los efluentes de las plantas de tratamiento de aguas residuales de Chapala. Actualmente estamos trabajando en el diseño de filtros para facilitar el uso de las Mag-PCMAs en sistemas continuos y así poder ser integradas como parte de los sistemas de plantas de tratamiento de aguas residuales. Esta parte de nuestro proyecto, financiado por la organización UC Mexus-CONACYT, está programada para concluir a mediados de 2020.

Si quieres conocer más de este proyecto o de las otras líneas de investigación que estamos trabajando (Toxicología Ambiental, Remediación enzimática y Calidad de agua), te invitamos a visitarnos en CIATEJ Guadalajara. También puedes entrar en contacto con nosotros vía correo electrónico con la Dra. Cristina Torres Duarte (ctorresd@ciatej.mx).