Arcillas diseñadas ‘a medida’ para limpiar el agua de metales tóxicos

“El agua es la fuerza motriz de la naturaleza”. La célebre frase atribuida a Leonardo da Vinci no solo habla de ríos o lluvias, sino de todas las formas en las que éste bien hídrico sostiene la vida. El agua no es solo lo que fluye: es también lo que arrastra, lo que acumula y, a veces, lo que guarda.

En muchos caudales se cuelan metales pesados como el plomo, el cadmio o el mercurio, procedentes de actividades industriales o mineras. Sustancias que no desaparecen por sí solas, sino que se acumulan en los ecosistemas y en los organismos, alterando el equilibrio ambiental y la salud. Frente a ese desafío, la ciencia busca nuevas formas de intervenir, no solo para limpiar el agua, sino para devolverle su capacidad de sostener la vida.

Equipo utilizado para la eliminación de los metales pesados del agua.

En este contexto, un equipo de investigación del Instituto de Ciencia de los Materiales de Sevilla (ICMS-CSIC-US) ha desarrollado unas arcillas diseñadas ‘a medida’ que eliminan estos contaminantes con una eficacia hasta diez veces superior a la de materiales convencionales como las arcillas naturales o el carbón activo. El avance ofrece una alternativa más eficiente y con capacidad de adaptación para la depuración de aguas afectadas por actividad industrial o minera.

Materiales que imitan la naturaleza

Las arcillas naturales ya se utilizan desde hace décadas para retener contaminantes. Su estructura, formada por capas muy finas, permite atrapar sustancias entre ellas, como si fuera un sándwich. Sin embargo, su capacidad es limitada y difícil de controlar.

La propuesta del equipo sevillano, recogida en la revista Journal of Contaminant Hydrology, parte de esa misma base, pero introduce una diferencia: las arcillas se diseñan en el laboratorio para mejorar su comportamiento. “Esto nos permite controlar su composición, su estructura y la forma en la que interactúa con los contaminantes”, explica la investigadora del ICMS-CSIC-US María Dolores Alba Carranza.

El resultado es un material con estructura laminar, similar a un ‘sándwich’ microscópico y que a simple vista parece polvo. Éste no sólo captura los metales en su interior, sino también en su superficie, gracias a la incorporación de grupos químicos que actúan como puntos de anclaje.

Material preparado en el laboratorio.

Estos materiales están especialmente diseñados para capturar metales pesados, entre los que destacan:

• Plomo, asociado a daños neurológicos.
• Cadmio, vinculado a problemas renales.
• Mercurio, con efectos tóxicos y capacidad de acumulación en la cadena alimentaria.

Además, los investigadores señalan que esta estrategia podría adaptarse para eliminar otros contaminantes presentes en el agua, como fármacos, pesticidas o disolventes.

Más capacidad y mayor control

Además, los científicos observaron que, en algunos casos, los metales se adhieren de forma reversible, como un imán que pierde su capacidad de atracción, lo que permitiría recuperar y reutilizar el material. En otros, la unión es más fuerte, lo que garantiza la retención. “El principal campo de aplicación de estos materiales es el tratamiento de aguas residuales y los sistemas de reutilización. Sin embargo, estas cualidades abren nuevas posibilidades para su uso en otros ámbitos”, indica el investigador Francisco Javier Osuna Barroso.

En este sentido, los investigadores apuntan a posibles aplicaciones en ámbitos como la energía nuclear o la gestión de residuos radiactivos, donde es necesario capturar contaminantes en condiciones extremas.

Equipo de investigación. María D. Alba Carranza, Francisco J. Osuna Barroso y Esperanza Pavón González-

El equipo trabaja actualmente en incorporar propiedades magnéticas que faciliten su recuperación tras el proceso de limpieza. También estudian su integración en membranas o recubrimientos, lo que permitiría emplearlos en entornos más exigentes.

Hacia una depuración más precisa

Más allá de su eficacia, el valor de esta propuesta radica en su capacidad de adaptación. Frente a materiales genéricos, estas arcillas pueden diseñarse ‘a medida’, en función del tipo de contaminante que se quiere eliminar, ajustando su estructura y su composición. “Este enfoque abre la puerta a sistemas de depuración más precisos y personalizados que respondan a problemas concretos en distintos entornos”, señala la investigadora Esperanza Pavón González.

Al final, igual que ocurre en la naturaleza que evocaba Leonardo da Vinci, el equilibrio del agua depende de los elementos que la componen y de cómo interactúan entre sí. Diseñar materiales capaces de restaurarlo puede ser, en los próximos años, una aportación de interés para proteger un recurso cada vez más escaso.

Más información en #CienciaDirecta: Diseñan arcillas ‘a medida’ que multiplican por diez la eliminación de metales en aguas contaminadas