Un equipo de la Academia China de Ciencias desarrolla un sistema basado en nanohojas de MXene que reduce los costes operativos en un 30% y elimina eficazmente contaminantes farmacéuticos.
El tratamiento de aguas residuales se enfrenta, desde hace años, a un gran peligro, la persistencia de fármacos y antibióticos que los métodos convencionales no logran eliminar. Estos «contaminantes emergentes» no solo degradan los ecosistemas acuáticos, sino que fomentan la creación de superbacterias resistentes, convirtiéndose así en una amenaza directa para la salud pública global. Ante esta urgencia un equipo de investigación liderado por el científico Kong Lingtao en el Instituto de Física del Estado Sólido (Academia China de Ciencias) de los Institutos de Ciencias Físicas de Hefei, ha descubierto un avance clave en la ingeniería de materiales aplicada al medio ambiente.
Más concretamente, el grupo ha desarrollado una nueva generación de membranas catalíticas de alto rendimiento diseñadas específicamente para abordar el persistente problema de los contaminantes emergentes, con un enfoque particular en la eliminación de antibióticos en aguas residuales.
Este avance, que combina nanotecnología avanzada con procesos de filtración industrial, presenta una oportunidad clave para afrontar la creciente amenaza global que representa la resistencia a los antimicrobianos.
El grupo ha desarrollado una nueva generación de membranas catalíticas de alto rendimiento diseñadas específicamente para abordar el persistente problema de los contaminantes emergentes
Según explican los investigadores, la aplicación práctica de tecnologías de oxidación catalítica basadas en membranas presentaba numerosas limitaciones técnicas, ya que se enfrentaban constantemente a la lixiviación del catalizador, es decir, la obstrucción prematura de los poros de la membrana y a una caída drástica de la eficiencia catalítica debido al bloqueo de los sitios activos. Además, señalan que otro de los grandes retos pasaba por equilibrar la velocidad de la separación física con la cinética de la oxidación química resultaba extremadamente complejo, a lo que se sumaban unos costes de fabricación prohibitivos para una implementación a escala industrial.
Para tratar de superar estos obstáculos, el equipo de Hefei recurrió a las propiedades únicas de las nanohojas de MXene, un tipo de material bidimensional conocido por su capacidad de ajuste estructural. Al combinar estas nanohojas con técnicas de fabricación de membranas de microfiltración, lograron diseñar membranas catalíticas multifuncionales que operan bajo el principio de la reacción tipo Fenton. Este proceso químico utiliza la combinación de un catalizador metálico y un agente oxidante para generar radicales libres altamente reactivos, capaces de destruir las moléculas orgánicas más resistentes.
En este sentido, el equipo de investigación asegura que la innovación clave fue el uso del método de separación de fases inducida por no disolvente, que permitió una dispersión uniforme y un anclaje molecularmente estable de los catalizadores metálicos sobre sustratos de fluoruro de polivinilideno (PVDF). Esta configuración técnica no solo evitó la agregación de las partículas del catalizador, sino que reforzó significativamente la adhesión interfacial.
En cuanto a los resultados obtenidos, consiguieron una membrana con una estabilidad operativa muy superior, una resistencia excepcional a la incrustación de residuos y un flujo de permeación optimizado. Basándose en esta arquitectura, los investigadores desarrollaron diversas variantes físicas, incluyendo configuraciones de fibra hueca y lámina plana, lo que permite su adaptación a diferentes infraestructuras industriales preexistentes.
“No solo es técnicamente superior, sino que reduce los costes operativos en más de un 30%”
El éxito definitivo de la investigación se demostró mediante la creación de un proceso de tratamiento integrado que acopla un biorreactor de membrana con el nuevo reactor de membrana catalítica. Al aplicar este sistema dual a muestras de aguas residuales farmacéuticas, los resultados fueron contundentes, ya que se logró una eliminación eficiente y simultánea de antibióticos, carbono orgánico total (TOC), sólidos en suspensión y nitrógeno amoniacal (NH₄⁺-N).
El Dr. Xie Chao, integrante del equipo de investigación, destaca que este nuevo proceso “no solo es técnicamente superior, sino que reduce los costes operativos en más de un 30%”. Esta ventaja económica es el factor determinante que podría permitir el salto de la escala de laboratorio a la aplicación ambiental masiva.
Un trabajo que se postula como una solución integral para el tratamiento de aguas industriales refractarias, es decir, aquellas que no pueden ser depuradas por métodos convencionales, con alto contenido de demanda química de oxígeno, marcando un antes y un después en la lucha por la recuperación de los recursos hídricos globales.
