La preservación del agua –su uso eficiente y sostenible– es un desafío que deben abordar de manera conjunta la sociedad, el sector productivo, la academia y el gobierno. De hecho, dentro de la Agenda del Desarrollo Sostenible se establecieron metas puntuales para garantizar la gestión y calidad del agua a nivel global para el año 2030.
La implementación de tratamientos eficientes de aguas residuales domésticas y los efluentes industriales contaminados con sustancias químicas es una de las principales estrategias para eliminar la contaminación ambiental, y a su vez, promover un enfoque circular para el reciclaje y reutilización del agua [1].
Nuevas fronteras en el tratamiento de aguas contaminadas
La gran variedad de contaminantes en el agua (metales pesados, colorantes, compuestos farmacéuticos, pesticidas, sales, microplásticos, materia orgánica…), exigen tecnologías de tratamiento más avanzadas, efectivas y sostenibles, ya que los procesos convencionales (primarios y secundarios: sedimentación, decantación, flotación, entre otros) por si solos, no son capaces de eliminar contaminantes específicos, persistentes o presentes en bajas concentraciones.
De acuerdo con datos estadísticos, menos del 4% de las plantas tratadoras de aguas residuales industriales en México emplean procesos de tratamiento terciarios o avanzados [2], los cuales se centran en:
- Procesos con membranas: Sistemas a base de polímeros funcionalizados (polímeros que contienen grupos funcionales específicos en su estructura, que le otorgan propiedades particulares para su aplicación) que favorecen la separación avanzada de contaminantes de diferentes tamaños por medio de la microfiltración (elimina partículas grandes como bacterias o especies de alto peso molecular), ultrafiltración (elimina macromoléculas y otros compuestos de tamaño entre 10-100 nm), nanofiltración (elimina moléculas orgánicas pequeñas y minerales) u ósmosis inversa (elimina sales, iones o especies de bajo peso molecular).
- Oxidación avanzada: Los contaminantes son removidos mediante el uso de soportes sólidos activos o membranas de base polimérica y luego son degradados por acción fotocatalítica, foto-asistida u otros tipos de oxidación.
- Adsorción avanzada: La remoción del contaminante ocurre por la afinidad específica con el adsorbente (polímeros y/o materiales activos) en forma de partículas, fibras o membranas.
- Intercambio iónico: Los polímeros o materiales activos que conforman los soportes o membranas remueven selectivamente los contaminantes por la presencia de grupos funcionales específicos.
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La clave para un tratamiento de aguas más eficiente
Los Polímeros de Ingeniería como Polisulfonas, Poliéteramidas, Poliacrilonitrilos y Fluoropolímeros como el Polifluoruro de Vinilideno, juegan un rol determinante en el desarrollo de tecnologías avanzadas para el tratamiento de aguas contaminadas. Estos sirven como materiales de soporte o funcionales y han sido seleccionados para formar parte activa de procesos avanzados de remoción de contaminantes en agua debido a su alta estabilidad térmica y química, además de su buena resistencia mecánica. Estas cualidades los hacen aptos para dichos procesos en los que se ven expuestos a condiciones agresivas o altas presiones [3].
Las Polisulfonas son resinas termoplásticas amorfas, altamente resistentes a medios ácidos y básicos, que se caracterizan por presentar temperaturas de transición vítrea superiores a 185 °C. Estas resinas están disponibles comercialmente, y algunos ejemplos son la Polisulfona, Poliétersulfona y Polifenilensulfona, las cuales se distinguen entre sí por contener la unidad sulfona alternada con unidades de bisfenol A, fenilo o bifenilo en la cadena principal. Son empleadas en la fabricación de dispositivos médicos, componentes eléctricos, electrónicos y automotrices.
Las Polisulfonas se destacan por su uso en membranas para separación de gases y tratamiento de aguas, así como para hemodiálisis [4]. Son materiales versátiles, que pueden ser modificadas químicamente mediante la inserción de grupos funcionales específicos. Sus propiedades se pueden modular, lo que les permiten alcanzar un mayor desempeño en procesos de filtración y adsorción.
Desafíos y avances para el tratamiento de aguas
La investigación y desarrollo (I+D) de polímeros y materiales para aplicaciones en procesos avanzados de tratamiento de aguas contaminadas utilizando membranas aún enfrenta grandes retos. Estos desafíos incluyen desde el diseño de sistemas más selectivos y eficientes para eliminar contaminantes persistentes, hasta la reducción de la susceptibilidad al ensuciamiento y la extensión de un ciclo de vida más sostenible.
En el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) se desarrollan Polímeros de Ingeniería para la generación de sistemas avanzados de membranas útiles en la remoción de contaminantes en medio acuoso. Se diseñan membranas basadas en Polisulfona y se investiga el efecto de su funcionalización, así como la integración de otros tipos de materiales activos en su desempeño para la eliminación de diversos contaminantes.
Referencias
[1] F. Al-Ajmi, M. Al-Marri, F. Almomani, A. AlNouss. A Comprehensive Review of Advanced Treatment Technologies for the Enhanced Reuse of Produced Water. Water 16 (2024) 3306.
[2] Estadísticas del agua en México 2023. Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales. Comisión Nacional del Agua.
[3] M.Q. Seah, S.F. Chua, W.L. Ang, W. J. Lau, A. Mansourizadeh, C. Thamaraiselvan. Advancements in polymeric membranes for challenging water filtration environments: A comprehensive review. J Environ. Chem. Eng. 12 (2024) 112628.
[4] S.C. Mamah, P.S. Goh, A.F. Ismail, N.D. Suzaimi, L. T. Yogarathinam, Y.O. Raji, T.H. El-badawy. Recent development in modification of polysulfone membrane for water treatment application. J. Water Process Eng. 40 (2021)101835.
Autor: Griselda Castruita de León, Ismael León González Maldonado, Antelmo R. Yasser Ruiz Martínez, Luis Alfonso García Cerda | Departamento de Materiales Avanzados, CIQA
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