Nuevos materiales carbonosos contra los contaminantes emergentes

Investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), la Universidad Complutense de Madrid (UCM) y la Technische Universität Darmstadt (Alemania) han logrado sintetizar nuevos materiales carbonosos que prometen ser muy útiles como adsorbentes de contaminantes emergentes en el medio acuoso. Los resultados se publican en la revista Chemical Engineering Journal.

Los contaminantes de preocupación emergente en el medio acuático, concretamente fármacos, pueden tener un efecto negativo sobre los ecosistemas, aún a concentraciones muy bajas. Su escasa degradación ha hecho que su presencia en aguas superficiales y subterráneas –e incluso en aguas de consumo humano– sea cada vez más habitual, lo que se ha traducido en un importante problema de salud pública.

Muchos grupos de investigación trabajan actualmente en el desarrollo de tecnologías avanzadas que puedan eliminar estos compuestos de manera eficiente. Entre estas técnicas destaca la adsorción como proceso eficiente, de fácil operación y bajo coste, y que además no genera compuestos intermedios de degradación. De hecho, un grupo de la Universidad Complutense de Madrid (UCM), que lleva estudiando la purificación de efluentes líquidos y gaseosos durante más de 40 años, ha sido pionero en el uso de esta tecnología.

Ahora, investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), con la colaboración de este grupo, y junto a científicos de la Technische Universität Darmstadt (Alemania), han desarrollado unos nuevos materiales a los que han denominado CDCs (Carbide-Derived-Carbons), que presentan superficies específicas elevadas, alta hidrofobicidad y que no contienen cenizas, lo que les confiere excelentes propiedades como adsorbentes de fármacos en medio acuoso.

Los CDCs son sólidos sintetizados a partir de carburo de titanio a temperaturas elevadas (800-1400 oC) en presencia de cloro gas. Sus propiedades son además reproducibles si se mantienen las mismas condiciones de síntesis, por lo que su aplicación garantiza una fiabilidad extrema.

“Es importante destacar que la eficiencia del proceso de adsorción está fuertemente condicionada por el tipo de material adsorbente utilizado. Y que los adsorbentes más utilizados en el tratamiento de aguas residuales son los carbones activados”, explican los autores.

“Los carbones convencionales –agregan los autores– ofrecen superficies específicas elevadas, que es la superficie interna del material que está disponible para la adsorción, pero las condiciones de síntesis y el tipo de precursor originan materiales con propiedades muy poco reproducibles, así como un elevado contenido en cenizas o impurezas”.

CDCs: Óptima adsorción

Como parte de su trabajo, publicado en la revista Chemical Engineering Journal, los investigadores aplicaron CDCs como adsorbente en dos fármacos altamente persistentes: el anti-inflamatorio diclofenaco y el antibiótico metronidazol. En todos los casos obtuvieron excelentes capacidades de adsorción (cantidad de contaminante retenida en el sólido) y velocidades de adsorción muy elevadas.

El material CDC que los expertos encontraron como óptimo fue sintetizado a 1.000 ºC, y mostró capacidades de adsorción de 551 y 410 mg/g de diclofenaco y metronidazol, respectivamente.

En la experimentación también se obtuvo un tiempo de equilibrio (tiempo en el que se ha eliminado el 100% del contaminante) de tan sólo 10 minutos, empleando dosis muy bajas de adsorbente (0,3 mg/mL).

La viabilidad de los materiales sintetizados fue demostrada mediante su uso en las mezclas bi-componente de ambos fármacos. Y su versatilidad fue comprobada tratando un efluente de una estación depuradora de forma altamente eficiente.

Referencia bibliográfica:

Silvia Álvarez-Torrellas, Macarena Munoz, Jan Gläsel, Zahara M. de Pedro, Carmen M. Domínguez, Juan García, Bastian J.M. Etzold, Jose A. Casas. Highly efficient removal of pharmaceuticals from water by well-defined carbide-derived carbons. Chemical Engineering Journal. Doi: 10.1016/j.cej.2018.04.127