Los contaminantes emergentes suponen un desafío técnico creciente. Sustancias como microplásticos, disolventes orgánicos, colorantes azoicos y residuos farmacéuticos están presentes en aguas residuales urbanas e industriales. Su estructura química resistente y baja biodegradabilidad complican su eliminación mediante procesos convencionales. Esta complejidad técnica ha motivado la búsqueda de nuevos materiales capaces de actuar de forma selectiva, rápida y sostenible sobre múltiples clases de contaminantes. La Universidad de Barcelona, a través del grupo CPCM, ha desarrollado una estrategia basada en partículas Janus híbridas FeNi₃/Al₂O₃ con propiedades superhidrofóbicas y catalíticas.
Doble funcionalidad: adsorción, separación y catálisis en una sola partícula
Las partículas Janus combinan dos funciones en un solo material. Su diseño integra un núcleo de FeNi₃ con una superficie de óxido de aluminio funcionalizada con ácido láurico. Esta configuración permite que una sola partícula adsorba, separe y degrade contaminantes como aceites, microplásticos y colorantes. La sinergia entre la cara lipídica y la cara metálica logra una eficiencia superior al 99 % en pruebas de laboratorio. Esta eficiencia se mantiene en condiciones industriales simuladas, sin generar subproductos peligrosos. La estructura se mantiene estable tras múltiples ciclos de uso, lo que refuerza su valor en sistemas continuos.
La superficie hidrofóbica capta aceites con gran eficacia. El ácido láurico se une a los grupos –OH del γ-Al₂O₃ formando enlaces estables (R–COO–Al). Esto genera un ángulo de contacto con el agua de 152 ± 1°, mientras que con aceites es 0°, lo que implica afinidad total con sustancias oleosas. Esta propiedad permite capturar disolventes industriales o hidrocarburos con rapidez, incluso en medios con alta carga orgánica. La cara funcionalizada sigue el modelo Cassie–Baxter, favoreciendo la repulsión del agua y la selectividad hacia compuestos apolares.
Afinidad total con aceites: máxima eficacia en entornos industriales con alta carga orgánica
La otra cara conserva su capacidad catalítica intacta. El núcleo de FeNi₃ actúa como catalizador en la degradación de contaminantes orgánicos. No se modifica durante la funcionalización, por lo que mantiene su actividad sin interferencias. La cara metálica sigue el modelo Wenzel, lo que mejora la adhesión de compuestos polares como los colorantes. Esta dualidad permite separar y tratar diferentes tipos de contaminantes con una sola partícula, optimizando espacio, costes y eficiencia en el tratamiento terciario de aguas.
La síntesis favorece propiedades magnéticas y mecánicas estables. Las partículas se obtienen por aleado mecánico de alta energía, mediante molienda durante 24 horas en atmósfera inerte. Esto genera defectos superficiales que mejoran la funcionalización y la reactividad química. El tamaño resultante (5–8 µm) es adecuado para sistemas de lecho fijo o filtración magnética. Gracias a su magnetización de saturación (286 emu/cm³) y baja coercitividad (Hc = 36 Oe), pueden recuperarse fácilmente con imanes permanentes. Esta propiedad reduce el mantenimiento y permite operación en continuo.
Recuperación magnética sencilla: ideal para sistemas en operación continua
Rendimiento en la eliminación de contaminantes
Los colorantes se degradan con rapidez y precisión. En condiciones ácidas (pH = 1,5) y a 60 °C, las partículas Janus eliminan por completo el rojo de metilo en apenas tres minutos, con solo 2 g/L de material. La reacción química ataca directamente el grupo –N=N– característico de los colorantes azoicos, rompiéndolo y transformándolo en anilinas no coloreadas. Este proceso fue comprobado mediante espectroscopía UV-Vis y cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas (HPLC-MS), lo que confirma la degradación completa del contaminante y el carácter fiable de la metodología empleada.
Los subproductos generados no son tóxicos. El principal producto de la degradación es el ácido antranílico (identificado con m/z = 138), que no presenta toxicidad significativa. Esta transformación representa una mineralización parcial, evitando la formación de compuestos peligrosos. En muchas tecnologías actuales, la desaparición del color no garantiza la eliminación del riesgo químico. Aquí, en cambio, la doble funcionalidad de las partículas Janus asegura una eliminación efectiva y segura, lo que las hace muy útiles para tratamientos avanzados en entornos acuáticos sensibles.
El ácido antranílico confirma una degradación sin residuos peligrosos ni toxicidad añadida
El material también retira aceites y microplásticos. En pruebas con disolventes como hexano, xileno y éter de petróleo, las partículas mostraron una capacidad de absorción de hasta 16 g de contaminante por gramo de material, manteniendo el 99 % de eficacia tras 20 ciclos. También capturan eficazmente microplásticos comunes como HDPE y PP (135 ± 34 µm), con recuperación magnética directa que no interfiere en los flujos hidráulicos. Esta multifuncionalidad permite combinar adsorción, separación y degradación en una sola etapa, lo que reduce costes y complejidad técnica en estaciones de tratamiento y procesos industriales.
Aplicaciones reales: integración de partículas Janus en procesos de depuración avanzados
El enfoque funcional abre nuevas estrategias de integración. Más allá de su diseño bifuncional, estas partículas permiten incorporar múltiples procesos en una sola operación continua. En lugar de centrarse en etapas secuenciales —como sorción, separación y oxidación— el sistema puede abordarse como un todo, mejorando la eficiencia general del tratamiento. Esto facilita la implementación de reactores modulares o lechos filtrantes inteligentes, especialmente en plantas compactas donde el espacio y la eficiencia energética son críticos. Esta visión holística impulsa la evolución del tratamiento terciario hacia soluciones más versátiles y adaptables a contaminantes emergentes.
La viabilidad se valida bajo condiciones industriales reales. Los ensayos se realizaron con parámetros típicos de vertido: pH ácido, temperaturas elevadas y mezclas complejas de contaminantes. Estos escenarios replican con precisión las condiciones de sectores como el textil, farmacéutico o cosmético. Aun en presencia de múltiples compuestos, la eficiencia de las partículas se mantuvo estable, lo que demuestra su aplicabilidad técnica en entornos exigentes. Esta robustez funcional reduce el riesgo de interferencias cruzadas y mejora la confiabilidad del proceso.
Eficiencia estable en vertidos complejos: validación directa en condiciones industriales reales
La recuperación magnética y la sostenibilidad son claves. A diferencia de otros materiales como zeolitas o carbón activado, las partículas Janus no requieren tratamientos complejos para su regeneración. Basta con aplicar un imán para recuperarlas y reintroducirlas al sistema. Además, no contienen compuestos fluorados, evitando los problemas asociados a los PFAS. El uso de ácido láurico, de origen vegetal, mejora su perfil ecológico y facilita su integración en sistemas con alta sensibilidad normativa. Este tipo de diseño multifuncional y respetuoso con el entorno marca un avance hacia una nueva generación de tecnologías híbridas en depuración de aguas.
Conclusión
Las partículas Janus FeNi₃/Al₂O₃ abren una nueva vía tecnológica. Su comportamiento multifuncional frente a microplásticos, aceites y colorantes las convierte en una herramienta prometedora para el tratamiento de aguas residuales complejas. Su diseño basado en principios físicos y químicos contrastados representa un avance en ingeniería de materiales aplicados al sector hídrico.
Bluegold apuesta por soluciones científicas, eficientes y sostenibles. Este tipo de desarrollos refuerza nuestra misión de informar, innovar y acompañar a los profesionales del sector en la búsqueda de tecnologías viables y eficaces. La transición hacia un modelo de depuración inteligente, adaptativo y sin residuos tóxicos está más cerca con materiales como este.
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