El agua es el recurso natural más valioso del planeta, el motor de la vida y el ingrediente pilare invisible de nuestra economía. Sin embargo, esta inmensa dependencia global ha colocado al recurso hídrico en una situación de vulnerabilidad, exponiéndolo a la escasez, el desperdicio y, de manera alarmante, la contaminación. El agua residual suele clasificarse en tres grandes categorías: la doméstica (generada en nuestros hogares), la municipal (que proviene de comercios y vías públicas) y la industrial. Es precisamente el agua residual de esta última categoría la que representa el mayor reto científico, tecnológico y ambiental para lograr su tratamiento y posterior reutilización. Dado que los contaminantes pueden provenir de pesticidas agrícolas, desechos de la industria farmacéutica o colorantes químicos de la industria textil y/o del cuero (Figura 1); su degradación requiere procesos sumamente complejos.
Para atender este grave problema, la ingeniería ha empleado diversos métodos de tratamiento de agua residual de la industria: físicos (filtración y floculación), químicos (oxidación electroquímica) y biológicos (fitorremediación mediante plantas). Sin embargo, los altos costos de operación, su ineficacia para eliminar ciertos contaminantes específicos, el riesgo latente de generar contaminación secundaria o la sensibilidad frente a sustancias altamente tóxicas han limitado su eficiencia. Ante esta urgente necesidad de alternativas más eficientes, la nanotecnología ha despertado un enorme interés en el ámbito científico.
La nanotecnología es una diciplina que diseña materiales a una escala tan diminuta, que un solo cabello humano es unas 80,000 veces más grueso que un nanomaterial (1 nm = 10-9 metros). A este nivel molecular, las leyes de la física tradicional dejan de aplicarse y la materia adquiere propiedades revolucionarias. El alcance de esta tecnología en nuestra vida diaria es enorme: sus aplicaciones van desde pantallas de celulares más brillantes y nítidas, hasta ropa que no se mancha ni absorbe olores, bloqueadores solares transparentes y baterías que se cargan en minutos.
En el campo del cuidado del agua, la nanotecnología aplica nanopartículas (NPs) basadas en óxidos metálicos. Entre ellas, el óxido de zinc (ZnO) destaca como uno de los candidatos más prometedores gracias a su bajo costo, su nula toxicidad y alta eficacia para degradar sustancias orgánicas. Estas nanopartículas tienen la propiedad única de activar un proceso de limpieza profunda llamado fotocatálisis cuando reciben luz ultravioleta.
¿Cómo funciona este proceso? Al activarse con la luz dentro del agua contaminada, el ZnO genera una reacción química que produce radicales libres. Estos radicales actúan como “tijeras moleculares” que cortan y desintegran los contaminantes más complejos y peligrosos, como colorantes industriales, hasta transformarlos en sustancias totalmente inofensivas para el medio ambiente: agua pura y dióxido de carbono (Figura 2).
En el Instituto de Ecología, A.C. (INECOL), se investigan nuevas estrategias de desarrollo y modificación de nanopartículas ZnO para optimizar su desempeño fotocatalítico. Ensayos a nivel de laboratorio demostraron que estas NPs (Figura 3) logran la degradación del 100 % de colorantes modelo, como el azul de metileno, en un lapso de 60 min. Con base a estos resultados, asumimos el verdadero reto de diseñar sistemas de tratamiento que remuevan los contaminantes de manera precisa y económica, ayudando a mitigar la crisis del agua de nuestra sociedad.
1Red de Estudios Moleculares Avanzados, Instituto de Ecología A.C.
2 Red Manejo Biotecnológico de Recursos