Agua más limpia: nuevas tecnologías para eliminar colorantes industriales

El acceso a agua limpia es fundamental para la vida, la salud y el desarrollo de las comunidades, pero hoy en día enfrenta múltiples amenazas derivadas de la actividad humana. Entre residuos industriales, agrícolas y domésticos, las fuentes de agua dulce se ven cada vez más agotadas, lo que hace indispensable encontrar métodos de purificación más eficaces y sostenibles que permitan el reciclaje del agua. Así mismo, mantener el agua libre de contaminantes no solo protege los ecosistemas y la biodiversidad, sino que también garantiza que las personas puedan contar con recursos hídricos seguros para su consumo y sus actividades cotidianas. En este contexto, la investigación científica continúa explorando nuevas tecnologías capaces de hacer frente a desafíos emergentes asociados al reciclaje del agua por la actividad humana.

Figura 1. Esquema de la contaminación de cuerpos de agua por desechos en algunas zonas.

La presencia de colorantes y metales pesados en el agua es uno de los desafíos ambientales más serios en muchas regiones del mundo, especialmente en países en vías de desarrollo donde los sistemas de tratamiento suelen ser insuficientes. En México, esta problemática ha sido ampliamente documentada y afecta a diversos cuerpos de agua debido al vertido de millones de metros cúbicos de residuos municipales, industriales y agrícolas que no reciben un tratamiento adecuado. Industrias como la textil, la minera, la metalúrgica o la alimentaria utilizan grandes volúmenes de agua y generan desechos cargados de sustancias difíciles de remover, entre ellas los colorantes sintéticos y las sales de metales pesados. Para dimensionar la magnitud del problema, basta considerar que la producción mundial de colorantes supera los 10 millones de toneladas al año y que una parte significativa de estos compuestos termina de forma directa o indirecta en ríos y acuíferos, donde afectan la salud de los ecosistemas y complican su aprovechamiento para consumo humano.

En México, la situación es especialmente crítica en zonas con intensa actividad textil donde se ha observado una mayor presencia de colorantes en cuerpos de agua. La industria de la mezclilla, de gran relevancia económica para el país, utiliza enormes cantidades de agua y colorantes, de los cuales un porcentaje no se fija en las fibras y termina siendo desechado. Este tipo de contaminación no solo altera el color del agua de los ríos, sino que también introduce compuestos tóxicos persistentes que representan un riesgo ambiental y sanitario. Frente a este panorama, instituciones científicas nacionales han intensificado sus esfuerzos en la búsqueda de soluciones sostenibles, estudiando materiales avanzados capaces de remover o degradar estos contaminantes, como los vidrios metálicos, las membranas poliméricas y compuestos cerámicos, entre otros. Estas nuevas tecnologías buscan abrir la puerta a métodos de tratamiento más efectivos y accesibles, con el potencial de reducir significativamente el impacto ambiental de diversas industrias.

En este contexto, los vidrios han despertado un interés creciente como materiales capaces de contribuir a la limpieza de agua contaminada. Aunque solemos asociarlos con objetos cotidianos como ventanas, vasos o botellas, los vidrios también pueden presentar propiedades químicas muy útiles para atrapar o transformar sustancias indeseables presentes en el agua. Gracias a su estructura interna desordenada, característica de los sólidos vitreos, estos materiales ofrecen sitios reactivos donde pueden interactuar átomos y moléculas de los contaminantes. A partir de este principio general, la investigación científica ha explorado dos familias distintas de vidrios con potencial para el tratamiento de aguas residuales: los vidrios cerámicos, a base de óxidos como la sílice, y los vidrios metálicos, que contienen metales con una estructura atómica muy desordenada.

Los vidrios cerámicos han sido los más estudiados tradicionalmente. Se utilizan como filtros y materiales adsorbentes debido a su alta área superficial, lo que les permite captar metales pesados, compuestos orgánicos e incluso algunos microorganismos. Además, estos vidrios pueden modificarse químicamente para mejorar su capacidad de atrapar contaminantes específicos, de modo que funcionen como verdaderas “esponjas selectivas” dentro del agua. Algunos estudios incluso han aprovechado residuos industriales o urbanos como materia prima para fabricar vidrios cerámicos capaces de remover plomo, cadmio o colorantes, lo que abre la puerta a soluciones más económicas y sostenibles. La versatilidad de estos materiales demuestra que el vidrio, más allá de ser un objeto cotidiano, puede convertirse en un aliado eficaz en la descontaminación del agua.

Figura 2. Representación esquemática y ejemplos cotidianos de los vidrios.

Por otro lado, los vidrios metálicos representan una alternativa más reciente e innovadora. A diferencia de los metales cristalinos convencionales, estos vidrios presentan una estructura atómica irregular, lo que les confiere una superficie altamente reactiva. Esto significa que pueden participar en reacciones químicas que degradan o transforman contaminantes, especialmente colorantes industriales disueltos en el agua. Además, su superficie homogénea facilita el contacto con las moléculas que deben ser eliminadas, lo que acelera los procesos de limpieza. Dependiendo de su composición, por ejemplo, base hierro, base aluminio y magnesio, o base cobre y níquel, estos vidrios pueden ofrecer ventajas distintas, como alta reactividad o menor liberación de subproductos de reacción al agua tratada.

En pruebas realizadas con diferentes tipos de vidrios metálicos base hierro se ha observado que pueden eliminar el color de ciertos tintes industriales en cuestión de minutos, destruyendo los grupos químicos responsables de su tonalidad intensa. Este proceso no solo decolora el agua, sino que también puede descomponer las moléculas del colorante en compuestos más simples y menos dañinos. Sin embargo, como cualquier material reactivo, los vidrios metálicos pueden liberar pequeñas cantidades de iones metálicos durante el proceso, lo que ha motivado investigaciones para optimizar su composición y minimizar posibles efectos secundarios. Aun así, los avances recientes demuestran que, cuando se diseñan adecuadamente, estos vidrios pueden convertirse en herramientas muy eficaces para enfrentar problemas de contaminación que tradicionalmente han sido difíciles de solucionar.

Figura 3. Representación esquemática de la decoloración causada por un vidrio en agua contaminada por colorantes.

 

Mirando hacia el futuro, el desarrollo de materiales avanzados como los vidrios cerámicos y metálicos representa una oportunidad valiosa para fortalecer las capacidades de tratamiento de agua en México. Estos materiales podrían complementar y mejorar las tecnologías actuales, permitiendo procesos de limpieza más rápidos, accesibles y eficientes, especialmente en regiones afectadas por la actividad industrial. A medida que las instituciones científicas del país continúan investigando y colaborando, es posible que en los próximos años surjan soluciones nacionales capaces de transformar residuos de cuerpos de agua industriales en recursos útiles, reducir la contaminación y contribuir a la seguridad hídrica del país. Con inversiones adecuadas y una integración estratégica en la industria, estos desarrollos podrían convertirse en herramientas clave para tecnologías emergentes que contribuyan a disminuir significativamente la contaminación de aguas residuales.

Autores:

Dr. John Dairo Henao Penenrey – SECIHTI-CIATEQ A.C.

Dr. Jorge Corona Castuera – CIATEQ A.C.

Dr. Carlos Poblano Salas – CIATEQ A.C.

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