Nanotecnología para la depuración de agua contaminada

Por Israel Macho 

El interés en la investigación de purificación de aguas es creciente y gran parte de ella está enfocada en la nanotecnología, la que muchos creen será una contribuidora principal en los nuevos sistemas de purificación de aguas públicas e industriales. La Organización Mundial de la Salud estima que el 35 % de las muertes en todo el mundo son debidas al consumo de agua procedente de suministros de agua contaminada. Es por ello que la investigación enfocada a diversas formas de purificación y filtración tiene una importancia crítica.

La Agencia de Protección Ambiental estadounidense (EPA)ha creado recientemente becas de investigación para el desarrollo de nuevos métodos que aseguren la limpieza del agua. Los investigadores de la Universidad Rice han descubierto recientemente interacciones magnéticas inesperadas entre motas de herrumbre extremadamente pequeñas(nanopartículas) que pueden ayudar a limpiar de arsénico el agua.

nanoherrumbre en agua (imagen cedida por cortesá de CEBN)

Las becas concedidas por la EPA servirán para desarrollar nuevos métodos de detección de organismos patógenos en agua, incluyendo virus, bacterias y protozoos. El CBEN afirma que su investigación podría llevar al desarrollo de una revolucionaría tecnología de bajo coste para limpiar el arsénico del agua. Existen otras formas de eliminar el arsénico del agua, pero son caras y requieren materiales de grandes dimensiones y bombas de alta presión que requieren un gran consumo de electricidad. Según la directora del centro, Vicki Colvin, se trata de una forma sencilla de abordar el problema que no requiere electricidad (cosa de la que carecen muchas comunidades) y, si bien las nanopartículas usadas en la publicación eran caras, están trabajando en nuevas formas de producción que utilizan herrumbre y aceite de oliva y no requieren más instalaciones que una cocina con una campana de extracción de gases. Esta tecnología supone una promesa para millones de personas en la India, Bangladesh y otros países en vías de desarrollo en los que se producen al año miles de casos de envenenamiento por arsénico asociado a pozos envenenados.

Se pensaba que partículas magnéticas tan pequeñas sólo interactuarían frente a un campo magnético grande. Tras entender cómo hacer estas partículas en distintos tamaños, los investigadores decidieron estudiar cuán grande sería el campo magnético necesario para extraer las partículas de la suspensión comprobando, para su sorpresa, que no eran necesarios electroimanes grandes para extraer las nanopartículas y que, en algunos casos, bastaba con imanes que podían sujetarse con la mano.

Los experimentos implicaban suspender muestras puras de partículas de óxido de hierro de tamaño uniforme en agua. Se utilizó un imán para extraer las partículas de las disolución, dejando tan sólo el agua purificada. El equipo de Colvin midió las pequeñas partículas tras extraerlas del agua y excluyeron la explicación más obvia: las partículas no estaban agrupadas tras ser atraídas por el campo magnético. Colvin afirma que, no obstante, la evidencia experimental indica una interacción magnética entre las nanopartículas. Según explica el coautor Doug Natelson, al ser reducido el tamaño de las partículas, la fuerza sobre éstas decae rápidamente, y los modelos antiguos aciertan al predecir la necesidad de campos magnéticos muy grandes para mover estas partículas. En este caso, según Natelson, resulta que las nanopartículas ejercen interacciones las unas sobre las otras, por lo que una vez que los imanes cuidadosamente colocados empiezan a funcionar, las partículas cooperan extrayéndose del agua.

depuración de agua mediante imanes (imagen cedida por cortesá de CBEN)

El hierro es conocido por su capacidad para ligar arsénico. Por esta razón el grupo de Colvin repitió los experimentos con agua contaminada con arsénico, descubriendo que las nanopartículas reducían la concentración de arsénico en agua bien por debajo de los niveles de la EPA para el agua potable en EEUU.

El grupo de Colvin ha estado colaborando con investigadores del grupo del profesor Mason Tomson, de Rice, en la ingeniería civil y ambiental para un mayor desarrollo de la tecnología para la eliminación de arsénico. Colvin dijo que los cálculos preliminares de Tomson indican que el método podría ser práctico para casos en que las tecnologías tradicionales de purificación de agua no pueden llevarse a cabo. Como los materiales de partida para generar la nanoherrumbre son baratos, sostiene que el coste de los materiales podría ser bastante bajo si se incrementan los métodos de fabricación.

Por otra parte, el estudiante de graduado de Colvin, Cafer Yavuz, ha estado trabajando durante varios meses para refinar un método que los aldeanos de países en vías de desarrollo puedan utilizar para preparar las nanopartículas de óxido de hierro. Las materias primas son la herrumbre y ácidos grasos, que pueden obtenerse del aceite de oliva o el de coco.

La nueva técnica aparece descrita en el número 10 de noviembre de la revistaScience.

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11 Comentarios to “Nanotecnología para la depuración de agua contaminada”

  1. BorjaCanteroTubilla on 2007-03-20 2.03 pm

    La verdad es que la depuración de aguas debería ser prioritario en todos los países sean o no desarrollados. El agua podemos decir que es lo más importante para un ser humano, este necesita beber entre 1 y tres litros de agua al día para evitar la deshidratación, la cantidad precisa depende del nivel de actividad, temperatura, humedad y otros factores. Además hemos de tener en cuenta que el cuerpo humano está constituido por un 72% de agua. Según el Banco Mundial, casi 65 millones de personas están en riesgo de padecer problemas de salud relacionados con el arsénico debido a millones de pozos contaminados, especialmente en países en vías de desarrollo como la India y Bangladesh. En la actualidad en las plantas de tratamiento de agua se combinan muchas operaciones básicas (sedimentación…) de caracter más bien físico con la utilización de coagulantes y floculantes que desestabilizan los coloides en suspensión en el agua, alterando la carga negatica que se encuentra en su superficie, permitiendo de esta manera que esos sólidos choquen, se agrupen y caigan al fondo (floculen) permitiendo su separación del agua clara (sobrenadante). Hay índices (como la unidad nefelométrica de turbidez) que nos ayudan a cuantificar el grado de limpieza que posee esa agua. Pero claro algo de contaminación se mete en el agua con estos productos químicos. Esto se podría evitar con la ayuda de la nanotecnología. Investigaciones actuales en este campo usan nanoimanes como bien explica el artículo. También se está estudiando llevar a cabo la nanofiltración para retener así microorganismos y hata sales iónicas que pudiera tener el agua. pero el problema económico de esto último (habría que aplicar grandes presiones) hace que no sea muy viable a gran escala.

    http://es.wikipedia.org/wiki/Agua
    http://www.euroresidentes.com/Blogs/noticias-nano/2006/12/los-avances-ms-importantes-de.html
    http://www6.fisicaysociedad.es/view/default.asp?cat=712&id=2244

  2. Francisco Huerta Rosario on 2007-04-03 3.38 pm

    La depuración del agua es un problema a nivel mundial, tan importante es este tema que mucha gente divide el pueblo en dos los paises desarrollados o subdesarrollados. Estos dos tipos de paises se diferencia en la obtencion de recursos y su posterior aprovechamiento. El agua sin lugar a duda es un bien en la teoría pero en la práctica es un lujo, porque son muchos los paises que pueden obtener este bien escaso pero no son tanto los paises que pueden tratarla por su elevado coste, por lo que este nuevo avance supone una esperanza para aquellos paises que, día tras día, ven como mueren paisanos por culpa del agua no depurada.
    En los paises desarrollados se han creado varios Planes a lo largo de la historia, para que las empresas no contaminen los rios, pero ni la mano dura logra parar los vertidos por lo que la nanotecnologia es la única solución a este problema.
    Aunque este avance suponga un descenso del precio al depurar, el agua aun es caro para aquellos paises que no tienen ni para comer, por lo que este avance no es definitivo para que todos tengamos agua potable sino que hay que seguir trabajando en la nanotecnología para conseguir avances y también ayudar economicamente a estos paises para que los avances que se consigan se puedan aplicar en estos paises.
    http://www.chilepotenciaalimentaria.cl/?p=2172
    http://www.biocarburante.com/medio-ambiente-descarta-las-restricciones-de-agua-en-castilla-y-leon-durante-el-verano/
    http://www.ceseand.cica.es/modules.php?name=News&file=print&sid=1808

  3. Ana C. Montes on 2007-04-13 7.52 pm

    Además de ayudarnos en los campos de salud y tencnología, la nanotecnología también estudia cómo aportar mejoras al medioambiente (desarrollo de energías, materiales y procesos no contaminantes, depuración y desalinización del agua, prevención de la erosión del suelo, reducción de la extracción de minerales, detoxificación de los suelos, detección de gases tóxicos, etc.)
    La “Nanotecnología verde” se emplea en mejorar las características no sólo del agua, si no también de los invernaderos y del aprovechamiento de la energía solar, aunque la descontaminación y purificación del agua es uno de sus puntos más importantes, debido a su capacidad para discriminar un tipo de aniones (átomos cargados negativamente) presentes en algunos productos tóxicos, como el arsénico.

    http://www.worldchanging.com/archives/000395.html
    http://crnano.typepad.com/crnblog/2004/02/green_nanotechn.html
    http://weblogs.madrimasd.org/alimentacion/archive/2007/03/29/37553.aspx

  4. Pablo M. García Corzo on 2007-04-19 3.30 pm

    La nanotecnología ha abierto muchas ventanas hacia la esperanza se trata de la llamada “plaga verde” (Green Goo). Basada en la construcción de seres autoreplicantes que hagan cosas como generar oxígeno y consumir CO2, limpiar el agua o terraformar Marte para que podamos escaparnos allí algún día.

    http://en.wikipedia.org/wiki/Clanking_replicator#Dyson.27s_replicating_systems

    En oposición a ella está la llamada “plaga gris” (Grey Goo) en la que los nanobots autoreplicantes se descontrolarían replicándose contínuamente y destruyendo la tierra.
    http://en.wikipedia.org/wiki/Grey_goo

    Pero hay que ser optimistas y temas como la depuración del agua o la fotosíntesis artificial pueden llegar al punto de que veamos a la nanoteclnología salvar a la humanidad.

    Todas las ventajas de la nanotecnología en este sentido pueden volverse fácilmente en contra nuestra. Es un mundo sin duda esperanzador y lleno de optimismo pero que también tiene sus sombras.
    http://blogs.creamoselfuturo.com/nano-tecnologia/2007/03/29/jugar-a-ser-dios-la-nanotecnologia-y-el-fin-del-mundo/

  5. Marta Valien on 2007-05-05 8.10 pm

    Este artículo me ha resultado realmente interesante. Estamos ante el mismo tema de siempre, la discriminación, vemos como gobiernos financian a multitud de grupos de investigación en todo aquello que suponga un gran desarrollo para el país pero en lo que son ayudas humanitarias las ayudas son mucho menores. Pero investigando un poco en la web descubres hallazgos en lo que respecta a la purificación de aguas muy interesantes. Uno de ellos es el llevado a cabo por un grupo Academia de Ingeniería y Ciencia Aplicada Henry Samueli, en los Angeles, que es capaz de desalinizar agua por un proceso muy sencillo, esto podría facilitar agua potable a muchos lugares marginados. La desalinización por ósmosis inversa utiliza actualmente presiones muy altas para forzar al agua salina o contaminada a pasar a través de los poros de una membrana semipermeable. Las moléculas de agua sometidas a presión cruzan por estos poros, pero los iones de sal y otras impurezas no pueden hacerlo, obteniéndose como resultado agua muy purificada. Este grupo de investigación ha introducido la novedad de en una matriz de polímeros añadir nanopartículas entrecruzadas cuyo diseño atrae las partículas de agua, estas membranas están estructuradas de tal forma que pueden circular las moléculas de agua más fácilmente que las demás partículas, y las nanopartículas se impregnan de las moléculas de agua como si fuese una esponja. Este método resulta más barato que el tradicional. Mediante el empleo de nanopartículas se pueden lograr grandes mejoras en muchas áreas de investigación.
    http://www.laflecha.net/canales/ciencia/descubren-un-nuevo-proceso-de-purificacion-del-agua-mas-eficaz-y-menos-costoso/
    http://www.censat.org/A_A_Noticias_Internacionales_372.html
    http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/noticias/2005/mayo/nanotecnologia_noticias_13.htm

  6. JAVIER ACHERKOUK on 2007-05-07 9.43 am

    Es impresionante y grato ver como los avances en la ciencia muchas veces solo intentan mejorar nuestra calidad de vida en sus principios más básicos sin una pretención de enriquecimiento o de crearnos nuevas necesidades. El tema del agua y los temas medioambientales creo que son vitales para nuestra especie y nuestro planeta, he leido varias cosas y en mi comentario quisiera aplaudir un avance a mi modo de entender, con bastante futuro y son los
    NANOIMANES PARA DEPURAR EL AGUA POTABLE (Investigadores: Vicki Colvin et al, de la Universidad de Rice) como se dice en el texto comentado.
    Según el Banco Mundial, casi 65 millones de personas están en riesgo de padecer problemas de salud relacionados con el arsénico debido a millones de pozos contaminados, especialmente en países en vías de desarrollo como la India y Bangladesh. Ahora, un equipo de investigación de la Universidad de Rice, dirigido por Vicki Colvin, has desarrollado un modo sencillo y barato para resolver el problema.

    Las nanopartículas de óxido, que poseen propiedades magnéticas, se unen al arsénico; luego, el óxido y el arsénico se pueden extraer del agua con un simple imán de mano. El avance fue la constatación de que la manipulación de óxido a nanoescala no requiere enormes campos magnéticos, como era de esperar. Las propiedades únicas a nanoescala hacen que las nanopartículas de óxido actúen como un gran imán que se puede extraer del agua con facilidad, dejando tras de sí agua potable con la puraza suficiente como cumplir los estándares de Agencia de Protección Ambiental (EPA) de los EEUU. Este método, que no requiere el uso de electricidad ni de mucha maquinaria, tendrá un impacto global.

    http://www.vi.cl/foro/index.php?showtopic=5538&st=20
    http://www.euroresidentes.com
    http://www.elpais.com/articulo/portada/Soluciones/ecocientificas/elpeputec/20051030elpepspor_14/Tes

  7. JAVIER ACHERKOUK on 2007-05-08 7.50 am

    Me parece interesantisimo el articulo porque plasma de forma sólida una aplicación de la nanotecnologia a la vida cotidiana, para ampliar lo comentado y ver otras realidades medioambientales de la nanotecnologia, les dejo los siguientes enlaces:
    http://www.sociedad20.com/nanotec/page-3.phtml
    http://www.acciona.es/secciones%5C0002050401%5CEs%5CNuestrosProgresosINNOVACION.pdf
    http://www.eetimes.com/news/latest/showArticle.jhtml?articleID=164900702

  8. lourdes on 2007-05-19 1.11 pm

    nesecito un grafico de la depuracion del agua

  9. Ernesto Schuetz on 2007-08-02 5.59 pm

    Lo que es una pena es que este tipo de soluciones no se den a gran escala. La otra cosa terrible es que se sigue contaminando a sin piedad mares y rios.
    A ver si encontramos alguna manera efectiva de detener esto.

    Ernesto Schuetz

  10. brujiya on 2008-05-11 7.51 pm

    Resulta llamativo, el hecho de que se investige en nanotecnología sobre la depuración de las aguas, es destacable el dato que aporta la Organización Nacional de la Salud diciendo, que el 35% de las muertes en todo el mundo son debidas a el consumo de aguas procedentes de suministros de aguas contaminadas, dato por el que adquiere gran interés la investigación de diversas formas de purificación y filtración de las aguas.
    Por estos datos, podemos darnos cuenta de la gran importancia que tiene el hecho de que se descubran nuevos suministros de agua potable para intentar solucionar en mayor o menor medida el problema de las muertes ocasionadas por la utilización de las aguas contaminadas, este hecho a mi parecer es más significativo en los países subdesarrollados que no disponen de las infraestructuras necesarias para depurar el agua y la utilizan por que no les queda otro remedio de esa forma, mientras que en los países desarrollados, es más raro ya que cuentan con infraestructuras necesarios para paliar este problema.
    Otro dato que me parece importante destacar de este escueto pero a la vez importante artículo, es el hecho de que la Agencia de Protección Ambiental estadounidense (EPA)ha creado recientemente becas de investigación para el desarrollo de nuevos métodos que aseguren la limpieza del agua. Los investigadores de la Universidad Rice han descubierto recientemente interacciones magnéticas inesperadas entre motas de herrumbre extremadamente pequeñas(nanopartículas) que pueden ayudar a limpiar de arsénico el agua.
    En este blog qeda en evidencia la importacia de la nanotecnología en diversos campos, y su rapida evolución en un periódo de tiempo relativamente corto.
    http://al-quimicos.blogspot.com/2007/05/nanoparticulas-para-la-purificacion-de.htmlhttp://al-quimicos.blogspot.com/2007/05/nanoparticulas-para-la-purificacion-de.html.
    http://www.euroresidentes.com/Blogs/noticias-nano/2006/12/los-avances-ms-importantes-de.html.
    http://www.asturiasopinion.com/article-id-1441.htm.

  11. brujiya on 2008-05-12 4.17 pm

    Me ha parecido llamativo el hecho de que el 35 % de las muertes que se producen en el mundo sean debidas a la utilización de suministros de agua contaminada, por lo que veo positivo el hecho de que se investige para purificar y filtrar estas aguas y de este modo reducir el número tan alarmante de muertos.
    En este ámbito se estan realizando numerosas investigaciones dentro de la nanotecnología para poner fin a este problema, llama mucho la atención el hecho de que la nanotecnología sea una ciencia tan desconocida para la sociedad y las multiples aplicaciones que tiene. Es llamativo el hecho de que gracias a la nanotecnología se pueda limpiar el arsenico del agua y de esta forma purificarlo, a mi parecer este descubrimiento sería muy importante, ya que permitiría que otras aguas que tampoco son de consumo humano puedan gracias a la ciencia ser un día agua potable, de esta forma también se terminaría con la escasez de agua derivada de los periodos de sequía que en la actualidad estamos pasando.
    La nanotecnología es una ciencia que esta en continua expasión y que por lo que podemos ver en este blog son multiples las investigaciones que se estan realizando entorno a ella, todas de importante como es el caso que nos ocupa.
    Es importante el uso de la nanotecnología para facilitar en la medida en que la ciencia pueda mejorar la vida de las personas y hacersela más fácil, por lo que los ciudadanos deberían tener conocimiento de lo que nos ofrece esta ciencia en un futuro más o menos cercano.
    En la actualidad la ciencia esta evolucionando a grandes pasos por lo que cosas que antes ni siquiera se esperaban en la actualidad son consideradas algo normal.
    http://www.francispisani.net/2005/11/nanotecnologa_d.htmlhttp://www.francispisani.net/2005/11/nanotecnologa_d.html.
    http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/nanotecnologia_responsable/nanotecnologia_beneficios_agua.htmhttp://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/nanotecnologia_responsable/nanotecnologia_beneficios_agua.htm.
    http://www.nanotecnologica.com/nanotecnologia-vs-contamnacion-del-agua/.