Los tintes sintéticos se utilizan en una amplia variedad de industrias y constituyen una seria preocupación en lo que respecta a la contaminación del agua. Estos tintes no solo son tóxicos, sino que también persisten en el medio ambiente durante mucho tiempo sin degradarse. La mayoría de los enfoques para eliminar los tintes sintéticos del agua se basan en la adsorción, un fenómeno en el que una molécula química se une a la superficie de un sustrato llamado adsorbente. Los sistemas a base de carbono se adoptan comúnmente como adsorbentes, pero están limitados por la necesidad de una vía de eliminación segura para el adsorbente usado y la incapacidad de reutilizar el material. Muchos polímeros también se han investigado como adsorbentes, pero muestran poca solubilidad en agua y estabilidad.

Recientemente, un equipo internacional de investigadores, incluido el profesor Wei-Hsin Chen de la Universidad Nacional Cheng Kung de Taiwán, ha desarrollado una nueva solución ecológica y reutilizable basada en nanocompuestos para eliminar los colorantes tóxicos de las aguas residuales. El documento que describe el estudio estuvo disponible en línea el 31 de julio de 2021 y se publicó en el Volumen 421 del Journal of Hazardous Materials el 5 de enero de 2022.

"La carboximetilcelulosa (CMC) es un derivado económico de la celulosa que es fácil de producir, ecológico y biocompatible. Pero tiene propiedades térmicas y mecánicas relativamente malas. En nuestro estudio, mejoramos con éxito la CMC combinándola con ácido poliacrílico (PAA Los materiales preparados pueden ser adsorbentes eficientes para los contaminantes iónicos en el tratamiento de aguas residuales", dice el profesor Chen.

La CMC es un polímero económico bien caracterizado derivado de la celulosa natural, un polímero abundante que se encuentra en plantas y microalgas como Chlorella sp. En este estudio, los investigadores combinaron CMC con PAA, un polímero seguro, no tóxico y amante del agua, y cargaron los hidrogeles resultantes con óxido de grafeno. Finalmente, al someter estos hidrogeles a ciclos repetidos de lavado y liofilización, convirtieron los hidrogeles en "aerogeles", que son redes sólidas porosas que contienen bolsas de aire que tienen una alta capacidad de adsorción.

Luego, el equipo de investigación caracterizó los aerogeles utilizando microscopía electrónica de barrido de emisión de campo y técnicas de laboratorio y descubrió que diferentes niveles de óxido de grafeno creaban poros de diferentes tamaños dentro del aerogel. Descubrieron que la adición de óxido de grafeno aumentaba el área superficial específica y la estabilidad térmica de los hidrogeles de nanocompuestos. También vieron que el tamaño de los poros de los hidrogeles disminuía con el aumento de las concentraciones de óxido de grafeno. Además, el aerogel desarrollado en este estudio tenía una capacidad de adsorción de 138 mg/g de azul de metileno después de 250 min, que se encuentra entre las capacidades de adsorción de azul de metileno más altas reportadas en la literatura. Según el profesor Chen, "el adsorbente desarrollado en este estudio es ecológico y rentable, lo que indica su alto potencial de aplicación para la eliminación de colorantes catiónicos de las aguas residuales".

Finalmente, los investigadores vieron que los nuevos hidrogeles retenían alrededor del 90 % de su capacidad de adsorción incluso después de nueve ciclos de uso y regeneración.

Luego querían investigar el mecanismo detrás de la alta capacidad de adsorción de los hidrogeles, por lo que realizaron simulaciones de la teoría funcional de la densidad (DFT). Los resultados de sus simulaciones sugirieron que el azul de metileno se unía más fuertemente al óxido de grafeno que al CMC o PAA. También vieron que la adsorción de azul de metileno en el óxido de grafeno en el nanocompuesto tuvo lugar a través de enlaces de electrones pi, enlaces de hidrógeno e interacciones electrostáticas.

Los hidrogeles de nanocompuestos fabricados en este estudio proporcionan un material adsorbente ecológico, estable, eficiente y reutilizable para eliminar los tintes sintéticos de las aguas residuales y proporcionar mejoras tanto para el medio ambiente como para la salud humana. + Explora más

Sistema de purificación de agua diseñado con madera, con la ayuda de un horno de microondas