Tecnologías para
eliminar el arsénico del agua


Tecnologías para
eliminar el arsénico del agua
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Tomar agua es algo tan normal que muchos de nosotros hemos perdido de vista los retos que muchas veces deben ser superados a fin de poder dotar de agua potable a la sociedad.
     Para los habitantes de zonas desérticas y semidesérticas, el tema del agua es, tal vez, el de mayor importancia social, ya que de este recurso depende no sólo el bienestar de las personas, sino, incluso, actividades productivas imprescindibles como la industria, la ganadería, la agricultura… En las zonas desérticas y semidesérticas no existe recurso natural más importante que el agua.

México, al igual que muchos otros países en el mundo, enfrenta un reto en el suministro de agua potable, debido a la contaminación de sus mantos acuíferos con arsénico (As), cuya eliminación es importante, ya que la exposición prolongada de seres vivos al arsénico a través del consumo de agua y alimentos contaminados puede provocar cáncer y lesiones cutáneas (figura 1); aún más, la presencia de arsénico se ha asociado a problemas de desarrollo en infantes, enfermedades cardiovasculares, neurotoxicidad, diabetes e infertilidad.1
     La contaminación de mantos acuíferos por este elemento tóxico está, principalmente, concentrada en zonas áridas y semiáridas del país, por lo que afecta a 16 estados de la república mexicana (Coahuila, Nuevo León, Durango, Chihuahua, Sonora, Nuevo León, Baja California Sur, Sinaloa, San Luis Potosí, Zacatecas, Aguascalientes, Guanajuato, Jalisco, Morelos, Guerrero e Hidalgo).

FIGURA 1. Publicación en diario de circulación nacional sobre el problema del arsénico en la región de la Laguna, en México

     Esto no significa que toda el agua, en casi la mitad del país, sufra de contaminación con arsénico, pero, en los estados mencionados se ha confirmado la alteración de, al menos, un manto acuífero con este elemento, en cantidades superiores a la norma mexicana de 25 µg/l. Desafortunadamente, debido a la escasez de fuentes de agua potable en estas zonas semiáridas, la contaminación de un solo pozo puede tener un gran impacto negativo en el suministro general de agua.
     Ante este reto, varios científicos se han dado a la tarea de estudiar posibles formas de eliminar el arsénico del agua y, en la actualidad, existe una gran variedad de tecnologías destinadas a reducir el contenido de arsénico en agua, algunas de las cuales comentamos a continuación.

Para reducir los riesgos en la salud surgidos a partir del consumo directo o indirecto de arsénico, es necesario desarrollar tecnologías que permitan eliminar este elemento, preferentemente, a bajo costo y de forma eficiente.

  • Una técnica ampliamente utilizada es el uso de membranas sintéticas con billones de poros microscópicos, que actúan como una barrera selectiva. Tales poros han sido diseñados a dimensiones específicas, con el objetivo de que su estructura sólo permita el paso de materiales cuyos tamaños sean menores que esos poros; en cambio, partículas más grandes serán retenidas en la superficie de la membrana. Un ejemplo de ello sería lo que sucede con las bolsas de té: al sumergir una bolsita en el recipiente con agua, todo el material sólido de la infusión se mantiene dentro de la bolsa, dejando escapar el agua con los sabores y algunas pequeñas partículas. Algo similar sucede con las membranas, las cuales tienen poros tan pequeños que, incluso, pueden detener las moléculas de arsénico y dejar pasar sólo las de agua, dando como resultado un líquido bastante puro.
         Desafortunadamente, no todo se resuelve usando membranas. Tal como sucede con las bolsas de té usadas —que se convierten en residuos—, al final del proceso, tenemos membranas que retienen material indeseable, ya que, en un lado de éstas se ha formado un líquido de desecho con un contenido de arsénico mucho mayor al original (recordemos que esta materia no ha podido atravesar la membrana), lo que genera un nuevo problema: el manejo de desechos altamente tóxicos. 
  • Otra ruta que actualmente se estudia para eliminar arsénico involucra el uso de plantas o microorganismos mediante un método llamado fitorremediación. Se ha encontrado que algunas plantas, tales como los helechos, pueden acumular As en cantidades de hasta 27,000 mg por kg.
         El uso de cierto tipo de plantas —no comestibles— tiene la ventaja de eliminar arsénico de agua y suelos, evitando la incorporación de éste a las cadenas alimenticias. El uso de plantas es un tratamiento de bajo costo y amigable con el ambiente. Sin embargo, una vez acumulado el arsénico, estas plantas necesitan un manejo especial, ya que podrían liberar parte de él al medio ambiente; quemarlas tampoco es una opción, pues existe la posibilidad de que el arsénico llegue al aire.
  • Una forma más se basa en el uso de materiales, como el carbón activado y las arcillas que, al estar en contacto con arsénico, atraen las partículas de éste hacia su superficie (absorción) e, incluso, pueden introducirse en el material y quedar atrapadas (adsorción). La ventaja de los materiales absorbentes es que son baratos y su uso es sencillo.
         Desafortunadamente, la superficie de estos materiales puede saturarse con cierto tipo de moléculas como las de sulfatos y carbonatos, que se encuentran normalmente en aguas duras de zonas desérticas y semi-desérticas, lo cual provoca que los materiales sean menos eficientes.

Debido a su facilidad de uso, actualmente, se procura encontrar formas para mejorar las técnicas de absorción, por ejemplo, a través del uso de nanomateriales (materiales con tamaños menores a 100 nm ó 0.0001 mm). El uso de nanomateriales trae consigo la gran ventaja de incrementar enormemente la superficie del material en contacto con el agua, lo que permite una mayor captación de arsénico. Por ejemplo, uno de los nanomateriales más estudiados es un tipo de óxidos de hierro llamados magnetitas, las cuales son mil veces más pequeñas que el grosor de un cabello y son capaces de eliminar más de 99% del arsénico presente en el agua, con la ventaja de que pueden ser removidas de este medio con el uso de un imán (figura 2). 

FIGURA 2. Recuperación de nanopartículas de magnetita en agua, haciendo uso de un imán

     Un método más para mejorar la eliminación de arsénico es diseñar moléculas capaces de atrapar sus partículas sin el problema de saturación que tienen los materiales absorbentes, para lo cual el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN-Unidad Saltillo, la Universidad Nacional Autónoma de México y la Universidad de Arizona se encuentran diseñando moléculas en forma de copa llamadas calixarenos, con el tamaño apropiado para albergar la molécula que nos interesa (arsénico) y, de esa forma, atraparlas. El uso de estas moléculas se puede ver como un guante de béisbol (en este caso el calixareno), que puede atrapar sólo un cierto tipo de pelota (arsénico o alguna otra molécula en agua que nos interese eliminar). Si la pelota (molécula) que queremos atrapar es muy grande, simplemente no cabría en la palma de la mano del guante, por lo que no sería posible detenerla. Caso similar sucedería con una pelota o molécula muy pequeña, la cual podría salirse del guante con facilidad.

FIGURA 3. (a) Imagen general de una molécula de calixareno en forma de copa con un átomo de arsénico (partícula morada) en su centro. Los anillos hexagonales son hechos de carbono. 

FIGURA 3. (b) Representación de una nanopartícula con moléculas de calixarenos en su superficie


     Mediante el diseño de nuevas moléculas buscamos que el guante tenga la dimensión idónea para atrapar una pelota de tamaño conocido, que sería el arsénico. De esa forma, si existen otros elementos o moléculas en el agua más grandes o más pequeños que los de arsénico, éstos no interferirán con el proceso de eliminación de este elemento.
     Debido a que tomaría mucho tiempo y recursos diseñar una molécula mediante el sistema de prueba y error, actualmente se hace uso de las computadoras para crear estos calixarenos en modelos2 y estudiar su capacidad para atrapar arsénico; método por el cual se puede estudiar calixarenos hechos de diferentes tamaños y con distintos elementos químicos, para posibilitar que el arsénico embone de forma correcta en estas moléculas y permita su eliminación.
     Como generalmente sucede en el desarrollo de nuevas tecnologías, aun cuando los nanomateriales pueden brindar grandes ventajas tecnológicas para eliminar arsénico y otros contaminantes, hasta el momento se desconoce con certeza qué efecto pueda tener su presencia y su acción concomitante en la naturaleza. Por ejemplo, algunos estudios sugieren que los nanomateriales pueden afectar el crecimiento de algunas (o las) plantas, por ello es necesario llevar a cabo estudios simultáneos que permitan entender, no sólo cómo los nanomateriales pueden ayudar a mejorar la calidad del agua, sino que, además, resulta indispensable comprobar que su uso no provocará daños secundarios en plantas o animales.

Referencias   

Para más información, visita el siguiente link

Eddie López Honorato Gabriela Navarro Tovar Moisés Valdés Pech 

Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN, Unidad Saltillo

Joaquín Barroso Flores

Centro Conjunto de Investigación en Química Sustentable-UNAM

Reyes Sierra Álvarez

Dept. Chemical & Environmental Engineering. University of Arizona, EUA.

Av. Insurgentes Sur 1582, Col. Crédito Constructor • Alcaldía. Benito Juárez C.P.: 03940, México, CDMX Tel: (55) 5322-7700
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