Garantizar la disponibilidad de agua dulce supone un desafío a escala global, con el 80% de la población mundial en riesgo de escasez o inseguridad hídrica. Además, el agua desempeña un papel esencial en el equilibrio de los ecosistemas y la preservación de la biodiversidad en todo el planeta.
La contaminación del agua es uno de los mayores retos de la sociedad actual, particularmente como consecuencia de los nuevos contaminantes antropogénicos denominados contaminantes orgánicos emergentes (Emerging Organic Contaminants, EOCs, en inglés).
Los EOCs incluyen productos farmacéuticos, de cuidado personal, colorantes, pesticidas, productos veterinarios e industriales, y su presencia puede tener efectos negativos en los organismos vivos, incluso a concentraciones reducidas, del orden de microgramos a nanogramos por litro. En las aguas fluviales se han encontrado más de 200 productos farmacéuticos.
Estudios recientes revelaron concentraciones ambientalmente preocupantes de contaminantes farmacéuticos en más de una cuarta parte de 1.052 ubicaciones analizadas en 104 países (2). Este hecho, junto con las bajas tasas de eliminación (<50%) de muchas de las tecnologías de EDAR actualmente implementadas, han dirigido el interés hacia métodos de eliminación alternativos, incluido el uso de adsorbentes.
Aunque se han propuesto métodos para el tratamiento de aguas con EOCs, éstos no consiguen su eliminación en cantidad suficiente, por lo que es preciso buscar nuevas alternativas más eficientes.
En este contexto, investigadores de la Unidad de Materiales Porosos Avanzados del Instituto IMDEA Energía, en colaboración con la Universidad de Estocolmo, ha desarrollado un nuevo material denominado SU-102 altamente poroso y estable, que se sintetiza a partir de zirconio y ácido elágico, un compuesto polifenólico comestible, lo que destaca la posibilidad de crear materiales multifuncionales estables de alto rendimiento a partir de componentes vegetales sostenibles.
El 80% de la población mundial está en riesgo de escasez
El material SU-102 se ha diseñado para eliminar los EOCs de las aguas, incluido el efluente real de una estación depuradora de aguas residuales urbanas, EDAR. Este material retiene EOCs catiónicos con eficiencias particularmente altas, de los 17 EOCs farmacéuticos detectados en el efluente de la EDAR, las 9 especies catiónicas se eliminaron con eficiencias entre el 79,0 y el 99,6%, lo que pone de manifiesto la importancia de la carga en la estructura del material para la selectividad. Como mecanismo adicional de eliminación de EOCs, el material SU-102 fue capaz de fotodegradar el antibiótico sulfametazina utilizando luz visible.
Para investigar más a fondo la eliminación de EOCs mediante SU-102, se seleccionaron tres fármacos que se encuentran frecuentemente en altas concentraciones en aguas residuales y que a menudo se eliminan deficientemente en las EDAR: el b-bloqueante atenolol (At), el antibiótico veterinario sulfametazina (SMT) y el antiinflamatorio diclofenaco (DCF). Estos fármacos pueden tener efectos tóxicos graves, como disfunción renal, desequilibrio hormonal y/o desarrollo de resistencias bacterianas. Utilizando concentraciones elevadas de los EOCs en agua de grifo , SU-102 pudo eliminar rápidamente ( en 2 h) el 70, 19 y 11%, respectivamente.
Por otro lado, también se realizaron estudios de fotodegradación de At, SMT y DCF con SU-102 en condiciones similares a los experimentos de adsorción. Mientras que At y DCF parecen eliminarse exclusivamente por adsorción, SU-102 actuó como un eficiente fotocatalizador en la degradación de SMT (38% para adsorción frente al 100% para fotodegradación con luz visible), manteniendo su integridad química y estructural.
El estudio muestra de esta forma que la combinación de procesos catalíticos y de adsorción en un solo material podría allanar el camino para eliminar una gran variedad de EOCs del agua contaminada y cómo el uso de adsorbentes elaborados a partir de componentes de origen sostenible facilitaría el secuestro altamente eficiente de una amplia gama de contaminantes, un aspecto crucial para garantizar la disponibilidad de agua dulce y al mismo tiempo cumplir con el objetivo general de la sostenibilidad.