Los científicos desarrollan un nuevo hidrogel que elimina los microplásticos del agua

Los microplásticos son un peligro para el medio ambiente, ya que se encuentran incluso en áreas remotas como casquetes polares y fosas oceánicas profundas, y ponen en peligro las formas de vida acuáticas y terrestres .

Para combatir este contaminante emergente, los investigadores del Instituto Indio de Ciencias (IISc) han diseñado un hidrogel sostenible para eliminar los microplásticos del agua. El material tiene una red de polímeros entrelazados única que puede unir los contaminantes y degradarlos mediante irradiación de luz ultravioleta. La investigación se publica en la revista Nanoscale.

Un hidrogel que elimina los microplásticos en el agua que bebemos

Los científicos han intentado anteriormente utilizar membranas filtrantes para eliminar los microplásticos. Sin embargo, las membranas pueden obstruirse con estas pequeñas partículas, volviéndolas insostenibles. En cambio, el equipo del IISc dirigido por Suryasarathi Bose, profesor del Departamento de Ingeniería de Materiales, decidió recurrir a los hidrogeles 3D.

El novedoso hidrogel desarrollado por el equipo consta de tres capas de polímeros diferentes (quitosano, alcohol polivinílico y polianilina) entrelazadas, formando una arquitectura de red de polímeros interpenetrantes (IPN). El equipo infundió en esta matriz nanoclusters de un material llamado polioxometalato sustituto de cobre (Cu-POM).

Estos nanoclusters son catalizadores que pueden utilizar luz ultravioleta para degradar los microplásticos. La combinación de polímeros y nanoclusters dio como resultado un hidrogel fuerte con la capacidad de absorber y degradar grandes cantidades de microplásticos.

La mayoría de los microplásticos son productos de la descomposición incompleta de los plásticos y fibras domésticos. Para imitar esto en el laboratorio, el equipo trituró tapas de contenedores de alimentos y otros productos plásticos de uso diario para crear dos de los microplásticos más comunes que existen en la naturaleza: cloruro de polivinilo y polipropileno.

"Junto con el tratamiento o la eliminación de microplásticos, otro problema importante es la detección. Como se trata de partículas muy pequeñas , no se pueden ver a simple vista", explica Soumi Dutta, primer autor del estudio y becario postdoctoral nacional SERB en el Departamento de Ingeniería de Materiales.

Para resolver este problema, los investigadores agregaron un tinte fluorescente a los microplásticos para rastrear cuánto absorbía y degradaba el hidrogel en diferentes condiciones. "Comprobamos la eliminación de microplásticos a diferentes niveles de pH del agua, diferentes temperaturas y diferentes concentraciones de microplásticos", explica Dutta.

Se descubrió que el hidrogel era muy eficiente: podía eliminar aproximadamente el 95 % y el 93 % de los dos tipos diferentes de microplásticos en agua a un pH casi neutro (~6,5). El equipo también llevó a cabo varios experimentos para comprobar la durabilidad y resistencia del material. Descubrieron que la combinación de los tres polímeros lo hacía estable a diversas temperaturas.

"Queríamos crear un material que fuera más sostenible y que pudiera usarse repetitivamente", explica Bose. El hidrogel podría durar hasta cinco ciclos de eliminación de microplásticos sin una pérdida significativa de eficacia. Lo que es más, señala Bose, es que una vez que haya dejado de usarse, el hidrogel puede reutilizarse en nanomateriales de carbono que pueden eliminar metales pesados como el cromo hexavalente del agua contaminada.

En el futuro, los investigadores planean trabajar con colaboradores para desarrollar un dispositivo que pueda implementarse a gran escala para ayudar a limpiar microplásticos de diversas fuentes de agua.

Referencia

Soumi Dutta et al, Polyoxometalate nanocluster-infused triple IPN hydrogels for excellent microplastic removal from contaminated water: detection, photodegradation, and upcycling, Nanoscale (2024). DOI: 10.1039/D3NR06115A