Desde hace cuatro años, México enfrenta una sequía que ha afectado sobre todo a los habitantes del norte del país; asimismo, “de las 3,960 plantas de tratamiento de agua residual con las que contamos a nivel nacional, mil 330 están fuera de operación y del 100% del agua que podríamos tratar, solamente se procesa el 32%”, explicó hace unos meses en el foro Green Expo el Diputado Rubén Gregorio Muñoz, presidente de la Comisión de Recursos Hidraúlicos, Agua Potable y Saneamiento de la Cámara Baja.

Quizá no lo sabías, pero los procesos de tratamiento de agua utilizados actualmente en nuestro país, logran la remoción de contaminantes entre el 80 y el 88%, pero requieren del uso de productos químicos que impactan negativamente en la calidad del agua; además, los coagulantes usados durante el procedimiento, generan toneladas de lodo que problematizan el proceso porque muchos son tóxicos y su manejo requiere tratamientos secundarios y terciarios avanzados que tienen altos costos de instalación e infraestructura. 

Ante esta situación, la Dra. Patricia Amézaga Madrid --quien este 2023 ganó el Premio Ada Byron a la Mujer Tecnóloga, Capítulo México--, trabajó en el desarrollo de una nueva nanopartícula que en el tratamiento de aguas residuales logra una remoción del 99.5% de los contaminantes y puede reducir hasta en 15% la generación de lodos tóxicos, lo cual bajaría los costos, dado que el manejo de éstos, es una de las partes más onerosas del proceso. 

La académica, quien trabaja en el Centro de Investigación en Materiales Avanzados (Cimav) de Chihuahua, sede del Laboratorio Nacional de Nanotecnología, visitó la Universidad Iberoamericana para ofrecer la conferencia: Nuevos materiales nanoestructurados obtenidos a bajo costo y con alto potencial para su uso en tratamiento de agua.

“No nos sirve tener materiales muy padres, con buenas propiedades, pero que producirlos cueste un dineral, las y los científicos tenemos el reto de desarrollar nanomateriales que se sinteticen con técnicas de bajo costo, que lleguen a la mayoría de la población, que no sean tóxicos para las personas y que sean sustentables, amigables con la naturaleza”, le dijo la Dra. Amezcua a decenas de estudiantes, que llenaron el Auditorio Fernando Bustos de la IBERO.

¿Cuáles son las aplicaciones de los nanomateriales?

Durante una hora, la docente, quien forma parte del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), nivel II, explicó qué es la nanotecnología, cuál es la técnica con la que trabaja y cuáles son sus aplicaciones: “Puede utilizarse para recubrir ventanas, que impiden el paso de los rayos solares e incluso se limpian solas; además, se pueden poner capas sobre la cerámica de los sanitarios, lavabos y lozas de los baños y con un dispositivo de rayos UV se matarían todas las bacterias reduciendo el uso de agua y como en el caso de mi investigación, podría aplicarse para reducir costos en el tratamiento de aguas residuales”.

La ganadora del premio Ada Byron habló de un proceso químico que se utiliza para producir películas delgadas de nanopartículas que se llama Deposición Química de Vapor (CVD, por sus siglas en inglés), el cual implica conocimientos de disciplinas como la química, la biología, la física y la ingeniería y que se deriva en diferentes técnicas como la APCVD, LPCVD, UHVCVD, AACVD, DLICVD, entre otras. 

¿En qué consiste su investigación?

“Yo me he especializado en una técnica físico-química conocida como AACVD (por sus siglas en inglés, que se traduce como depósito de vapor químico asistido por aerosol)” la cual, a diferencia de otros procesos de CVD, no requiere una alta infraestructura para su implementación porque opera a temperaturas que no necesitan equipos muy costosos, “lo cual es bueno porque se puede escalar industrialmente”, explica la académica.

A través de la técnica AACVD, la Dr. Amézaga desarrolló una nanopartícula basada en óxidos de hierro “que genera materiales con propiedades de adsorción que ya se utilizan en tratamiento de aguas residuales, tienen una naturaleza hidrofóbica que se comporta como coloides cuando se encuentran en medios acuosos; es decir, no se disocia y adquiere una carga de superficie, ya sea por ionización de los grupos de superficie o por adsorción de especies cargadas”.

Además, los óxidos de hierro “no son tóxicos, son inocuos, por ello se pueden utilizar en tratamientos de purificación de agua, son abundantes en la naturaleza, por lo cual su costo no es elevado, son materiales magnéticos, lo cual es una ventaja para la remoción de contaminantes porque cuando se le aplica un campo magnético, se puede recuperar más fácilmente y finalmente, se pueden sintetizar y obtener como materiales nanoestructurados, lo que aumenta sus propiedades”.

Respecto del proceso para eliminar del agua los sólidos en suspensión (sólidos inertes, materia orgánica particulada, arenas y grasas), “los métodos que se usan en el tratamiento primario son la cámara de arena, sedimentación (tratamiento químico), flotación, digestión, desecación, luego un proceso de coagulación-floculación que involucra la adición de productos químico en el tanque de sedimentación (también llamado clarificador), que altera las características superficiales de los sólidos en suspensión de modo que se adhieran los unos con los otros y precipitan, en esta última parte, es donde se puede involucrar a la nanotecnología”. 

¿Cómo se aplica la nanopartícula en el tratamiento de aguas residuales?

Anteriormente, mencionamos que la Dra. Patricia Amézaga había utilizado óxidos de hierro para el desarrollo de su nanopartícula; durante la exposición de sus resultados, puntualizó que usó “magnetita” y profundizó en los experimentos que la llevaron a comprobar que era capaz de aumentar la remoción de contaminantes del 88% al 99.5%, así como en reducir la cantidad de lodos tóxicos:

En la partícula que desarrollé, cada cristalito tiene un área superficial, pero está hueca, está expuesta toda la superficie y absorbe los contaminantes que son menores de 200 nanómetros… un alumno de doctorado y yo nos pusimos a hacer experimentos con el puro coagulante sólido (que como explicamos al principio, se utiliza durante el proceso de tratamiento del agua residual) y con las nanopartículas.

El coagulante solo quitó los sólidos en un 88% y cuando le agregué un miligramo de mis partículas, subió a 96%, luego puse una mayor cantidad y se elevó a 99.5%; cabe mencionar que las leyes en México permiten que el agua residual se deje así, del 80 al 88% de remoción, pero yo pensé, ¿qué pasaría si yo quitara la cantidad de coagulante en un 10 o 15% y agregó las partículas?

Al reducir la cantidad de coagulante, también se producen menos lodos y estamos hablando de toneladas, imagínense disminuir en 10 o 15% esas cantidades, nuestro experimento resultó exitoso y publicamos este trabajo. En estas imágenes con microscopía electrónica de barrido, vean cómo están huecas y formadas por esos cristalitos.

Finalmente, la Dra. Patricia Amézaga, mencionó que su investigación podría probarse a mayor escala en una planta de tratamiento que está en Chihuahua, pero requiere de una inversión que aún no consiguen, por lo cual, invitó a las y los interesados en su investigación a apoyar el siguiente paso de este proyecto. 

¿Conocías el uso de las nanopartículas? Te recordamos que el Departamento de Ingeniería Química, Industrial y de Alimentos de la Universidad Iberoamericana, cuenta con un laboratorio de nanopartículas. Asimismo, ofrece las licenciaturas en Ingeniería de Alimentos, Ingeniería Química e Ingeniería Industrial, además de una maestría en Ciencias de la Ingeniería Química.

Por: Laura Herrera Camarillo.

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