Investigadores en Andalucía crean un nanomaterial que multiplica por 10 el filtrado de metales pesados en aguas contaminadas

La eliminación de metales pesados en aguas contaminadas por actividad industrial o minera es uno de los retos pendientes de la gestión hídrica en España y en el mundo. Los sistemas actuales, como las arcillas naturales o el carbón activo, funcionan, pero con una eficacia limitada y difícil de ajustar según el tipo de contaminante presente.

Un equipo del Instituto de Ciencia de los Materiales de Sevilla (ICMS-CSIC-US), integrado por las investigadoras María Dolores Alba Carranza y Esperanza Pavón González y el investigador Francisco Javier Osuna Barroso, ha desarrollado un material con el que ese límite salta por los aires.

El nanomaterial andaluz que eleva la capacidad de filtrar metales pesados en aguas contaminadas

El equipo sevillano ha fabricado en laboratorio unas arcillas sintéticas con estructura laminar, similares a un sándwich microscópico, que a simple vista tienen el aspecto de polvo. El flamante trabajo se publicó en la revista Journal of Contaminant Hydrology.

Su clave está en dos mecanismos combinados: atrapan los metales entre sus capas y, además, retienen contaminantes en su superficie gracias a grupos químicos incorporados que funcionan como puntos de anclaje específicos.

El resultado es una capacidad de adsorción hasta diez veces superior a la de los materiales convencionales para la eliminación de metales pesados en aguas contaminadas.

Los tres contaminantes con los que se probó con mayor intensidad fueron el plomo, el cadmio y el mercurio, elegidos por su alta toxicidad, su persistencia en el entorno y su capacidad de acumularse en organismos vivos, incluido el ser humano.

«Esto nos permite controlar su composición, su estructura y la forma en la que interactúa con los contaminantes», explicó la investigadora María Dolores Alba Carranza a la Fundación Descubre.

Plomo, cadmio y mercurio: ¿Qué hace cada metal pesado en el organismo?

Los tres metales elegidos para las pruebas no lo son por casualidad. Cada uno tiene efectos bien documentados sobre la salud:

• Plomo: provoca daños neurológicos, especialmente graves en niños, e interfiere en el desarrollo cognitivo.
• Cadmio: se acumula en riñones e hígado y puede derivar en insuficiencia renal crónica con exposición prolongada.
• Mercurio: se introduce en la cadena alimentaria a través de peces y mariscos y afecta al sistema nervioso central.

Los tres comparten una propiedad preocupante y es que no se degradan en el entorno. Una vez en el agua, persisten. Los métodos convencionales los retienen de forma parcial, lo que obliga a repetir tratamientos o asumir niveles residuales.

¿Cuál es el papel de este invento sevillano para filtrar metales pesados en aguas contaminadas?

La propuesta del equipo sevillano parte de imitar la estructura de las arcillas naturales, formada por capas muy finas, y mejorarla en el laboratorio. El proceso arranca combinando distintos compuestos sometidos a altas temperaturas hasta obtener un sólido con estructura laminar. Después, se modifican las superficies con grupos químicos específicos.

Además de atrapar los contaminantes entre sus láminas, el material también los capta en la cara exterior. Las pruebas se realizaron en recipientes de unos 30 mililitros con disoluciones que simulaban aguas contaminadas con distintas concentraciones de los tres metales.

Los resultados mostraron que, en algunos casos, la adsorción es reversible, lo que permitiría recuperar y reutilizar el material una vez saturado. En otros, la unión es más fuerte y garantiza la retención permanente del contaminante.

El investigador Francisco Javier Osuna Barroso confirmó que los valores de captura para mercurio, plomo y cadmio son «muy elevados» y consolidan el potencial del material como alternativa en tratamientos de descontaminación.

Lo que viene después para el estudio andaluz: magnetismo, membranas y residuos radiactivos

El equipo trabaja ahora en incorporar propiedades magnéticas a las arcillas para facilitar su extracción del agua una vez realizado el filtrado, sin necesidad de filtros físicos adicionales. También estudia su integración en membranas o recubrimientos que permitan su uso en entornos más exigentes.

Entre las aplicaciones a medio plazo, los investigadores apuntan a la eliminación de otros contaminantes presentes en el agua, como fármacos, pesticidas o disolventes.

Y en el extremo más ambicioso del espectro, mencionan su posible uso en gestión de residuos radiactivos, donde la capacidad de capturar contaminantes en condiciones extremas resulta estratégica.

«Este estudio sienta las bases para el desarrollo de materiales más eficientes y personalizados en la depuración de aguas», subrayó la investigadora Esperanza Pavón González. La financiación proviene de la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación de la Junta de Andalucía, a través del proyecto de excelencia P12-FQM-567.