Una nueva tecnología elimina los «químicos eternos» con una velocidad y eficiencia sin precedentes

El nuevo material LDH elimina grandes cantidades de PFAS en cuestión de minutos, unas 100 veces más rápido que los filtros de carbón comerciales, según los investigadores.

Un equipo de investigación de la Universidad Rice (EE.UU.), en colaboración con socios internacionales, ha creado la primera tecnología respetuosa con el medio ambiente capaz de atrapar y descomponer rápidamente los «químicos eternos» (PFAS) tóxicos presentes en el agua. Los resultados, publicados recientemente en Advanced Materials, representan un avance significativo contra una de las amenazas de contaminación más persistentes a nivel mundial.

¿Qué son los PFAS y por qué son un problema?

Los PFAS, abreviatura de sustancias perfluoroalquílicas y polifluoroalquílicas, son sustancias químicas artificiales que se remontan a la década de 1940. Se han utilizado en muchos productos de uso cotidiano, como sartenes de teflón, ropa impermeable y algunos envases de alimentos. Los PFAS se hicieron populares porque resisten el calor, la grasa y el agua, pero esa misma durabilidad también significa que se descomponen muy lentamente, por lo que a menudo se les denomina «sustancias químicas eternas».

Las PFAS se han extendido ampliamente y se pueden encontrar en el agua, el suelo y el aire de todo el mundo. Las investigaciones han relacionado su exposición con daños hepáticos, trastornos reproductivos, alteraciones del sistema inmunológico y ciertos tipos de cáncer. Su limpieza ha resultado difícil porque, una vez que las PFAS entran en el medio ambiente, son difíciles de eliminar y aún más difíciles de destruir.

Muchos enfoques estándar se basan en la adsorción, lo que significa que los productos químicos se adhieren a materiales como el carbón activado o las resinas de intercambio iónico. Estos métodos son comunes, pero tienen importantes limitaciones, como su baja eficiencia, su lentitud, su capacidad limitada y la acumulación de residuos contaminados adicionales que aún deben ser tratados.

«Los métodos actuales para la eliminación de PFAS son demasiado lentos, ineficaces y generan residuos secundarios», afirma Michael S. Wong, profesor de la Escuela de Ingeniería y Computación George R. Brown de Rice. «Nuestro nuevo enfoque ofrece una alternativa sostenible y muy eficaz».

El innovador material LDH

El nuevo enfoque se basa en un material de hidróxido doble en capas (LDH) fabricado con cobre y aluminio. Keon-Ham Kim, profesor de la Universidad Nacional de Pukyung en Corea del Sur, identificó por primera vez este tipo de material cuando era estudiante de posgrado en 2021. A medida que el equipo exploraba más a fondo estos compuestos, descubrió que una versión específica que contenía nitrato podía adsorber PFAS con un rendimiento inusualmente alto.

«Para mi sorpresa, este compuesto LDH capturó PFAS más de 1.000 veces mejor que otros materiales», afirma Youngkun Chung, autor principal del estudio y actualmente investigador del Instituto WaTER (Tecnologías del Agua, Emprendimiento e Investigación) y del Instituto de Sostenibilidad de Rice. «Además, funcionó con una rapidez increíble, eliminando grandes cantidades de PFAS en cuestión de minutos, unas 100 veces más rápido que los filtros de carbón comerciales».

Los investigadores afirman que los impresionantes resultados se deben al diseño interno del material. Sus capas ordenadas de cobre y aluminio, junto con pequeños desequilibrios de carga, crean una superficie muy favorable en la que las moléculas de PFAS pueden adherirse rápida y fuertemente.

Para ver cómo funcionaba el sistema fuera del laboratorio, el equipo probó el material LDH en agua de río, agua del grifo y aguas residuales. En los tres casos, siguió siendo muy eficaz. También funcionó bien tanto en pruebas estáticas como en configuraciones de flujo continuo, lo que apunta a su posible uso en sistemas municipales de tratamiento de agua y limpieza industrial.

Cerrar el ciclo con la destrucción de PFAS

Capturar los PFAS es solo la mitad de la batalla, ya que los productos químicos aún deben destruirse de forma segura. En colaboración con los profesores Pedro Álvarez y James Tour, de la Universidad Rice, Chung desarrolló un proceso para descomponer térmicamente los PFAS después de que sean capturados por el material LDH. Cuando el material cargado con PFAS se calentó con carbonato cálcico, los investigadores eliminaron más de la mitad de los PFAS atrapados sin liberar subproductos tóxicos. El mismo paso también regeneró el LDH, lo que permitió volver a utilizar el material.

Las primeras pruebas demostraron que el material podía pasar por al menos seis ciclos completos de captura, destrucción y renovación. Esto lo convierte en el primer sistema ecológico y sostenible conocido para la eliminación de PFAS que combina una limpieza rápida con una reutilización repetida.