Las membranas logran adsorber polifenoles, compuestos potencialmente dañinos para los ecosistemas.
23 de febrero de 2022
Sin agua no hay vida. En las últimas décadas, la humanidad ha sido testigo de cómo la degradación de la calidad de este recurso tiene consecuencias negativas para la salud y el medioambiente. La urbanización acelerada y el consecuente aumento en la concentración de poblaciones, el incremento en el uso de fertilizantes y plaguicidas agrícolas, la actividad industrial y las deficiencias en la eliminación de desechos han contribuido a una progresiva contaminación de los cuerpos de agua.
En Puerto Rico, la calidad de nuestras aguas es un problema apremiante y, por tal razón, el doctor Eduardo Nicolau, catedrático asociado de la Universidad de Puerto Rico en Río Piedras, y la doctora Liz Díaz, catedrática del mismo Recinto, trabajan conjuntamente para atender este asunto.
En sus laboratorios, parte de su trabajo lo enfocan en la remediación del agua, un proceso que consiste en reducir la concentración de contaminantes en el agua que supongan una amenaza para el ser humano y otros seres vivos. Los investigadores alertan de que la escorrentía urbana, agrícola e industrial a los arroyos, embalses y canales es uno de los contribuyentes más importantes a las preocupaciones sobre la calidad de este recurso. La escorrentía es un proceso físico por el cual el agua de la lluvia se escurre o circula por una red de drenaje. De esta manera, a medida que el agua discurre por los terrenos, arrastra consigo todo aquello que esté a su paso. Las escorrentías de diferentes áreas son, por tanto, una fuente importante de exceso de nutrientes, metales pesados y otros contaminantes, como ocurre, por ejemplo, en la Ciénaga Las Cucharillas.
La Ciénaga Las Cucharillas, localizada en Cataño, está designada como Reserva Natural desde 2009 por su gran valor ecológico. Es un ecosistema de humedal urbano muy estudiado por distintos grupos ambientales de la UPR, relata Marielys Torres, estudiante doctoral del Departamento de Química en Río Piedras y coautora de la investigación. En los últimos años, debido principalmente a la actividad industrial y doméstica, se ha detectado un incremento significativo en la contaminación de las aguas de la ciénaga. Dentro de los diversos tipos de contaminantes presentes en las aguas de escorrentía que llegan a la ciénaga, existe una clase de compuestos químicos orgánicos conocidos como polifenoles.
Polifenoles: las dos caras de la moneda
Los polifenoles son un grupo sumamente amplio de compuestos químicos producidos tanto de forma natural como sintética. Sus propiedades biológicas los convierten en potentes agentes antioxidantes, antimicrobianos, antiinflamatorios y hasta neuroprotectores. De ahí que sus aplicaciones sean también variadas: en industria alimentaria, agrícola, farmacéutica y cosmética, entre otras.
No obstante, explica Marielys, “aunque los polifenoles no son necesariamente malos, de existir una presencia anómala de estos compuestos en las aguas, sí podrían llegar a convertirse en un peligro y tener efectos adversos en el ecosistema del humedal”. El problema, en parte, reside en que es difícil predecir la migración de estos compuestos fenólicos y sus posibles transformaciones al entrar en un ambiente tan complejo como el ecosistema acuático.
“Antes no eran tan comunes, pero ahora sí lo son cada vez más; se van filtrando en las aguas en mayor cantidad. No se ha estudiado en profundidad cómo esta filtración de polifenoles podría afectar a corto, medio y largo plazo”, comparte Torres.
Membranas porosas de acetato de celulosa modificadas con polímeros
Ante esta preocupación, han creado un modelo de remediación basado en membranas porosas de acetato de celulosa modificadas con copolímeros de bloque. Estos polímeros, que se componen de dos o más monómeros -unidades básicas para los polímeros-, se agrupan formando “bloques”, ampliamente estudiados para el desarrollo de diversos materiales. Estas membranas compuestas son capaces de recuperar los compuestos fenólicos y, así, evitar que se transformen en contaminantes tóxicos al ingresar en un ambiente acuático.
“Estas membranas son como trocitos de tela o tejido, compuestas de múltiples fibras porosas. La porosidad significa que, si las observamos al microscopio electrónico, estas membranas presentan múltiples poros de tamaños variables en cada una de sus fibras, que les permiten capturar aquellos contaminantes cuyo tamaño sea mayor que el de los poros. Además, las propiedades de este tipo de membrana posibilitan su modificación con el copolímero de bloque, el cual se ha estudiado anteriormente y tiene la capacidad de adsorber distintos tipos de contaminantes.”, explica Xaimara Santiago, también estudiante doctoral del departamento de Química en Río Piedras y coautora de esta investigación.
A su vez, afirma que el acetato de celulosa, que actúa como soporte para la primera capa de las membranas, es idóneo para este tipo de aplicaciones porque “es un compuesto de fácil acceso, económico y se deriva de un compuesto natural que no es tóxico, por lo que no estamos creando ningún desperdicio que pudiera causar un problema sucesivo de contaminación.”
Los resultados de la investigación demostraron la capacidad de estas membranas de adsorber los compuestos fenólicos estudiados, aun de muestras de agua complejas, como las de la Ciénaga Las Cucharillas. Este hecho pone de relieve el potencial de este modelo de membrana para aplicaciones reales e, incluso, modificarse para atender la remoción de otros contaminantes en ambientes acuáticos.
Nos encontramos, por ende, ante una prometedora alternativa para la remediación de uno de los recursos más preciados de nuestra isla: el agua.
Este trabajo de investigación recibió el apoyo directo del Centro para la Innovación, Investigación y Educación en Nanotecnología Ambiental (CIRE2N, por sus siglas en inglés) y la Asociación Espacial de Puerto Rico para la Investigación, Educación y entrenamiento (PR-SPRInT, por sus siglas en inglés). Otros coautores de este estudio fueron José L. Ramírez, Simara Laboy, Pedro O. Méndez y José A. Lasalde.
Por Ana Fernández Ruiz de Alegría, M. S.
La autora de esta noticia es bióloga, especializada en ingeniería biomédica. Actualmente se dedica a tiempo completo a su disertación dentro del programa de Educación en Currículo y Enseñanza de Ciencias en la UPR, Río Piedras.
