En la búsqueda de combatir la contaminación ambiental, en particular la persistente contaminación del agua por productos químicos peligrosos, equipo de investigadores En Japón, se ha desarrollado un enfoque innovador. Mediante el aprovechamiento de la lignina y la glucosa, dos sustancias ricas en carbono, se han creado materiales innovadores diseñados para eliminar del agua las sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS).
Los PFAS son un amplio grupo de sustancias químicas sintéticas presentes en innumerables productos cotidianos, desde utensilios de cocina antiadherentes y telas resistentes al agua hasta espumas ignífugas y semiconductores. Su capacidad única para resistir el calor, el agua y el aceite, gracias a sus fuertes enlaces químicos, los hace increíblemente útiles. Sin embargo, esta misma durabilidad también es su desventaja. Los PFAS no se descomponen fácilmente en el medio ambiente, lo que les ha valido el apodo de "sustancias químicas eternas". Como resultado, estas sustancias se acumulan en el suelo, el agua e incluso en el cuerpo humano, lo que representa riesgos significativos para la salud humana y el medio ambiente.
Debido a su persistencia, las PFAS han sido prohibidas en muchos países en virtud de acuerdos ambientales internacionales. A pesar de ello, la contaminación sigue siendo generalizada, y estudios recientes han revelado la presencia de PFAS en suelos, ríos y aguas subterráneas. Esto ha puesto de relieve la urgente necesidad de métodos eficaces para eliminar estas sustancias químicas del agua. Lamentablemente, actualmente faltan tecnologías sostenibles y eficientes para abordar este problema.
En respuesta a este desafío, un equipo de investigación del Instituto de Ciencias de Tokio, dirigido por el profesor asociado Toshihiro Isobe, del Departamento de Ciencia de los Materiales, y el profesor Manabu Fujii, del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, ha desarrollado una solución prometedora. Su innovador enfoque utiliza materiales a base de carbono para eliminar eficazmente las PFAS del agua. El trabajo del equipo incluye dos desarrollos clave: un nuevo adsorbente que atrapa las PFAS en su superficie y un sistema de destilación por membrana (MD) que purifica el agua contaminada.
Mediante el uso de lignina (un subproducto de la industria de la pulpa y el papel) y glucosa (un azúcar simple) como fuentes de carbono, los investigadores han creado materiales sostenibles capaces de eliminar eficazmente las PFAS del agua. El método de MD que desarrollaron combina la destilación con la separación por membranas, ofreciendo una nueva y eficiente estrategia para purificar el agua contaminada con estas sustancias químicas nocivas.
“Esta investigación es emocionante porque aprovecha fuentes de carbono abundantes y sostenibles, como la lignina y la glucosa, para abordar un problema ambiental crítico”, explicó el profesor Isobe. “Al integrar el método de destilación por membrana, estamos impulsando un enfoque innovador para la purificación del agua que podría ser crucial para el futuro de las tecnologías de eliminación de PFAS”.
La innovadora investigación del equipo se presentó recientemente en el 23º Simposio Internacional sobre Procesamiento y Diseño de Ecomateriales en enero de 2025, destacando el potencial de estos nuevos materiales para contribuir al esfuerzo global hacia un agua más limpia y un medio ambiente más saludable.
Este enfoque innovador no sólo podría ayudar a eliminar los químicos peligrosos del agua, sino también allanar el camino para tecnologías de purificación más sostenibles en el futuro, apoyando el Objetivo de Desarrollo Sostenible 6 de las Naciones Unidas: agua limpia y saneamiento para todos.
Métodos innovadores para purificar agua contaminada con PFAS utilizando materiales a base de carbono
El innovador enfoque del equipo de investigación para la eliminación de PFAS aprovecha una diferencia clave entre el agua y las PFAS: sus distintos puntos de ebullición. Mediante un método de destilación por membrana (MD), el equipo logró purificar agua contaminada con PFAS. El proceso aprovecha que el agua tiene un punto de ebullición más bajo que las PFAS, lo que permite que estas permanezcan en el agua mientras solo pasa el vapor de agua.
Los científicos utilizaron una membrana de separación hidrofóbica y porosa a base de carbono en el sistema MD, que bloqueó eficazmente los PFAS y permitió la salida del vapor de agua. Esta filtración selectiva garantiza la retención en el sistema de sustancias químicas nocivas, como el ácido perfluorooctanosulfónico (PFOS). Los resultados de sus experimentos mostraron una reducción significativa en las concentraciones de PFOS: el agua simulada con un contenido de PFOS de aproximadamente 500 ng/L se redujo a tan solo 3 ng/L, muy por debajo de los estándares globales de seguridad ambiental.
Además del método MD, el equipo también exploró otro enfoque para abordar la contaminación por PFAS: el uso de adsorbentes derivados de la lignina. Mediante una serie de experimentos, descubrieron que pequeñas cantidades de carbón activado, tratadas con cloruro de zinc en una proporción de 1:3, podían eliminar eficazmente hasta el 99 % de las PFAS en tan solo 10 minutos. Este hallazgo sugiere que estos adsorbentes podrían ser herramientas altamente eficientes para la eliminación de PFAS, ofreciendo una solución sostenible y rápida.
En general, el trabajo del equipo demuestra el potencial de los materiales a base de carbono para abordar el desafío ambiental de la contaminación por PFAS. Su investigación proporciona una base prometedora para el desarrollo de futuras tecnologías de purificación que puedan ayudar a abordar problemas ambientales persistentes.
El profesor Isobe mira hacia el futuro con planes para mejorar el método de purificación de MD. "Actualmente, utilizamos calentadores y bombas de vacío para optimizar el flujo de vapor de agua durante el proceso de eliminación de PFAS", afirmó. "Sin embargo, nuestro objetivo es la transición a la calefacción solar para crear un sistema sin electricidad, haciéndolo más sostenible y eficiente".
Este emocionante avance supone un paso adelante en la creación de soluciones sostenibles para la purificación del agua y ofrece la esperanza de contar con agua más limpia y segura en la lucha contra la contaminación química dañina.
