Las membranas con óxido de grafeno representan una alternativa para equilibrar de las aguas subterráneas los iones, sodio, cloruro, sulfatos y eliminar metales pesados, esta tecnología en el futuro puede estar en los filtros de agua de los tinacos.
El trabajo de investigación titulado: “Evaluación del proceso de modificación de una membrana de acetato de celulosa con óxido de grafeno para remover iones”, fue realizado por la alumna Lucero Alvarado con la asesoría de Yuri Reyes Mercado, jefe del Departamento de Recursos de la Tierra de la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM) Unidad Lerma.
Su aportación al campo de la ciencia le fue merecedor del tercer lugar durante la Feria de Ciencias e Ingenierías del Estado de México 2020, que los tiene motivados para continuar y concretar las otras fases.
“El grafeno es el material más resistente que existe en la naturaleza, el más impermeable, sin embargo no se había logrado sintetizar, fue en 2004 cuando los ingleses de origen ruso (los físicos Andréy Gueim y Konstantín Novosiólov) lo consiguieron, ganando el Premio Nobel”, refirió Yuri Reyes.
El contexto de la investigación
El agua potable es muy limitada a nivel mundial, no es un problema que nos vayamos a encontrar en 10 o 15 años, ya lo tenemos, pero algo que no es muy conocido es que la principal fuente son las aguas subterráneas, pozos y flujos de subsuelo.
“Sin embargo pasa muy frecuente que esa agua subterránea tiene una gran cantidad de iones, sodio, potasio, cloruros, floururos, sulfatos, por lo tanto para que sea potable y de buena calidad se debe tratar eliminando algunos elementos, para ello hay muchas tecnologías, entre ellas los reactores biológicos, procesos electroquímicos, oxidación avanzada, pero dentro de todos estos están los procesos de filtración con membranas”, indicó Reyes Mercado.
El investigador precisó que una membrana es como una hoja de papel que tiene poros extremadamente pequeños donde se hace pasar agua con estos iones, pero del otro lado de la membrana debe salir agua con una menor cantidad de estos o sin ellos, además de equilibrar los otros elementos.
Modificar membranas con óxido de grafeno ya se ha hecho y se han visto buenos resultados, son muy promisorios en el sentido de eliminar sales al agua, materia orgánica, metales pesados y colorantes, avances que se tienen desde hace unos 10 años.
“El problema con esos desarrollos tecnológicos es que el óxido de grafeno que emplean es difícil de obtener, un procedimiento largo y peligroso, caro, genera residuos peligrosos, no es muy reproducible, lo que ha frenado el desarrollo de las membranas modificadas”, indicó.
La técnica empleada por Lucero Alvarado y Yuri Reyes es mediante exfoliación electroquímica, la cual se ha empleado ya por varios años, pero se desconoce mucho, de ahí la relevancia del proyecto.
En México únicamente existe una fábrica y se llama Grafemex, también hay un laboratorio nacional (apoyado por Conacyt) de materiales grafénicos en Saltillo, así como algunos grupos que lo tratan de manera teórica como en el Instituto de Geofísica de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), pero hay otros como es de la UAM que está incursionando.
“Para utilizarlo en este tipo de procesos tiene que ser barato y los métodos actuales no lo permiten, nosotros estamos en la primera etapa, obtener óxido de grafeno de manera rápida, limpia y de bajo costo, es una realidad que nos falta mucho, porque pese a que está reportado en la literatura científica no se sabe mucho, lo que representa una buena oportunidad”, destacó el jefe del Departamento de Recursos de laTierra en la UAM Unidad Lerma.
La utilidad en el futuro
Yuri Reyes señaló que aquello que no vemos no nos preocupa y eso pasa con las fuentes subterráneas de agua que es de donde prácticamente vivimos, pero al sacarla se debe tratar para meterla a la red de distribución.
“Lo más sencillo es imaginarse los filtros que te venden con un tinaco Rotoplas, que son una serie de membranas en un tubo, entra el agua por un lado, pasa por el filtro donde se va a retener arena, otros materiales sólidos, pero si a esa membrana se le meten grupos químicos puede retener metales, colorantes, moléculas que varían el olor, sabor y otras características que no tienen que estar en el agua, es lo que pretendemos con este proyecto”, señaló el investigador.
El trabajo que hicieron es una primera aproximación pero con resultados muy interesantes, el objetivo es terminar con un filtro de esas características, decir cuanto tiempo dura, en cuanto tiempo hay que cambiarlo, que es lo que quita y que no, pero eso lleva mucho más tiempo.
A mediano plazo se pretende que retenga más iones, ya que el trabajo hecho por Lucero demostró que el proceso que se ocupó no dio los resultados esperados, pero si permite plantear otras hipótesis, por ejemplo, ¿qué pasa si mete un entrecruzante?, ¿qué pasa si aumenta la temperatura?, todas se tienen que comprobar.
“Los iones retenidos deben ser los indicados, tampoco la queremos llevar a cero porque dejaría de ser útil, necesitamos sintonizar, por decirlo así, las características de la membrana y los procesos de modificación para que tenga la cantidad apropiada de iones para consumo humano”, indicó.
Inversión
De momento no se tienen datos de la inversión porque la investigación necesita una etapa de maduración de las tecnologías, la NASA y la Comisión Europea tienen nueve, el proyecto de la UAM Lerma únicamente ha superado las primeras, por eso no se hace un análisis de la inversión económica.
“En este momento la tecnología no está orientada a un desarrollo tecnológico, pero es a lo que pretendemos llegar, sabemos que tardará un poco más de tiempo, aunque el conocimiento en sí ya tiene un valor agregado y en eso estamos en este momento ocupados”, manifestó Yuri Reyes..
Terminar las siguientes etapas del proyecto dependerá de la cantidad de insumos en la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM), el número de alumnos interesados, por lo tanto Yuri Reyes concluyó que es complicado hacer un pronóstico.