Nanopartículas de hierro y alpechín para descontaminar aguas residuales

Un equipo de investigación de la Unidad de Tratamientos Solares del Agua de la Plataforma Solar de Almería (CIEMAT-PSA) y SMALLOPS S.L. han comprobado la eficacia de nanopartículas ‘reciclables’ elaboradas con hierro y alpechín, un subproducto líquido de las almazaras, para descontaminar aguas residuales. Aunque estas microestructuras se habían empleado con anterioridad para obtener biofertilizante y biogás, los expertos han demostrado que también pueden retirar del entorno acuático sustancias como el paracetamol, cafeína y plaguicidas, entre otras. Además, estos nanomateriales no pierden su efectividad en varios ciclos de aplicación, en función de la cantidad de contaminantes que retiren del medio acuático.

Esta propuesta podría emplearse como un primer tratamiento biorremediador para aguas residuales urbanas, dado que logra reducir a la mitad la concentración de contaminantes de los entornos acuáticos. “Además, son fáciles de utilizar porque visualmente tienen forma de polvo (cada unidad es más pequeña que un grano de sal) y pueden separarse del medio hídrico mediante métodos físicos clásicos”, comenta Isabel Oller.

Las nanopartículas se elaboran a partir del alpechín, un subproducto de la producción del aceite de oliva en estado líquido. Este residuo, contaminante para el entorno si no se somete a un tratamiento previo de depuración, normalmente suele emplearse como combustible para producir biogás o como biofertilizante para suelos agrícolas. “Aunque en años recientes se han estudiado sus cualidades biorremediadoras, es decir descontaminantes, en este trabajo hemos comprobado por primera vez la eficacia de estas nanomateriales de hierro para limpiar medios acuáticos”, explica a la Fundación Descubre la investigadora de la Plataforma Solar de Almería (CIEMAT-PSA) Isabel Oller.

En forma de polvo

Tal y como explica el grupo científico en el artículo ‘Microcontaminant removal in solar pilot scale photoreactors with commercial iron nanoparticles obtained from olive mill wastewater’ publicado en Catalysis Today, las nanopartículas están compuestas por una cubierta de carbono que encapsula hierro procedente del alpechín en estado sólido. Éstas activan sus funciones biorremediadoras cuando reciben fotones, es decir, las partículas que contienen energía procedentes de la luz solar.

Para comprobar si estas nanopartículas, desarrolladas por SMALLOPS S.L., podían emplearse a escala industrial, los investigadores las sometieron inicialmente a distintos tratamientos físicos y químicos y condiciones extremas como una exposición solar prolongada, agitación y un incremento de la acidez en el entorno acuático, entre otras pruebas. De este modo, establecieron que las nanoestructuras no desprendían residuos ni se deshacían.

Los investigadores comprobaron que en 120 minutos las nanopartículas eliminan hasta un 50% de los contaminantes del medio acuático

Luego, los expertos probaron dos métodos para comprobar el mejor método de empleo. Por un lado, introdujeron las nanopartículas en un tanque de cristal tubular con agua y lo sometieron a exposición solar. Por otro lado, lo introdujeron en unos reactores con forma de ‘piscinas’ alargadas, donde el agua fluye en horizontal y se puede tratar más volumen de la misma. “Primero, simulamos la contaminación del medio acuático añadiendo paracetamol, un fármaco que suele encontrarse habitualmente en la salida de las depuradoras”, comenta Isabel Oller.

Eliminan hasta un 50% de contaminantes

Para explorar la capacidad de las nanopartículas, los expertos cambiaron las concentraciones de los contaminantes de menos a más y añadieron otros para simular progresivamente condiciones más realistas. Así, introdujeron distintos tipos de sustancias que se encuentran habitualmente en las aguas residuales urbanas, como la cafeína, otros fármacos como el diclofenaco y plaguicidas, entre otros, y complicaron la conductividad del agua -es decir, su contenido en sales-. De este modo, comprobaron que en 120 minutos las nanopartículas eliminan hasta un 50% de los contaminantes del medio acuático.

Añaden que para reutilizarlas, tan solo hay que detener el movimiento del agua y esperar a que se depositen en el fondo. Luego, emplearon un sencillo método de separación para aislar las nanopartículas del agua tratada y, de este modo, podrían volver a emplearse.

Para reutilizarlas, tan solo hay que detener el movimiento del agua y esperar a que se depositen en el fondo

El siguiente paso de los investigadores se centra en el desarrollo una malla que contenga estas nanoestructuras descontaminantes y que será evaluada por la Unidad de Tratamientos Solares del Agua de la Plataforma Solar de Almería, al igual que las nanopartículas. Este formato facilitaría el proceso de recuperación de las nanopartículas y su labor remediadora. “Estamos probando opciones de diseño y de colocación de esta red sobre un reactor para mejorar su eficiencia al máximo. También creemos que un incremento en el porcentaje de hierro mejoraría las cualidades descontaminantes de las nanopartículas”, comenta lsabel Oller.

Este estudio, perteneciente al proyecto CalypSol, ha sido financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación, la Agencia Estatal de Investigación, el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER). También ha recibido apoyo de AITEX y SMALLOPS S.L.