Nanotecnología para el tratamiento de aguas residuales

Por Felipe Sánchez Banda

Saltillo, Coahuila. 21 de diciembre de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- Investigadoras del Departamento de Ingeniería Química en la Facultad de Ciencias Químicas (FCQ) de la Universidad Autónoma de Coahuila (Uadec) estudian propiedades de materiales poliméricos mediante simulación molecular, con potencial aplicación en tratamiento de aguas residuales.

Esta investigación es un proyecto de colaboración en redes con la Universidad Autónoma de San Luis Potosí (UASLP) y la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL), en el que se está trabajando la investigación de materiales poliméricos con nanopartículas de óxido de zinc (ZnO) para posibles aplicaciones ambientales, a través de dos vertientes: una parte dedicada a la simulación molecular y otra experimental.

“Nosotros estamos trabajando la parte de simulación para estudiar la manera en que interaccionan las partículas poliméricas con las nanopartículas de óxido de zinc, ver cómo estas interacciones van a afectar las propiedades del material y que puedan tener una aplicación, en este caso, en el área ambiental con el tratamiento de aguas”, explicó la doctora Lucero Rosales Marines, profesora investigadora del Departamento de Ingeniería Química de la Facultad de Ciencias Químicas de la Uadec.

El objetivo del proyecto es obtener materiales novedosos que cuenten con propiedades específicas para cierto tipo de aplicaciones ambientales, particularmente el tratamiento de aguas residuales contaminadas con metales pesados.

Representación Orbital Molecular, Ocupado de Mayor Energía -HOMO- de una molécula de pirrol.El tratamiento de aguas residuales se puede llevar a cabo utilizando partículas fotocatalíticas. Sin embargo, se requiere de un polímero capaz de conducir electricidad como soporte para facilitar el manejo del material y aumentar las interacciones entre partículas. El polipirrol es un material semiconductor, sus propiedades electrónicas cambian con respecto al tamaño de la molécula, pero es muy difícil determinar la variación de estas propiedades.

“La simulación nos va a ayudar porque puedes hacer cambios sin tener que hacerlo a nivel experimental, nos da una tendencia de hacia dónde va y qué está pasando físicamente con el material. Si conocemos lo que sucede en la superficie, podremos saber qué moléculas van a ser posiblemente atraídas por este material. Podemos entenderlo de forma más sencilla, económica y con menor riesgo en la computadora. Ya cuando voy al laboratorio trabajo de una forma más segura”, puntualizó la doctora Lilia Eugenia Serrato Villegas, profesora investigadora del Departamento de Ingeniería Química de la Facultad de Ciencias Químicas de la Uadec.

Una forma de analizar el efecto que se tiene al aumentar el tamaño de la molécula es a través de métodos computacionales que nos permitan observar la probabilidad de encontrar un electrón en un determinado lugar mediante técnicas DFT (por las siglas en inglés de teoría del funcional de la densidad).

“Estamos tratando de obtener conocimiento acerca de cómo funcionan o interactúan estas partículas. Cómo son las diferentes propiedades y cómo se afectan cuando introducimos, por ejemplo, el óxido de zinc a una matriz polimérica, qué interacciones tienen en sus niveles energéticos, y esto nos ayudará a entender qué puede aplicarse, en ese caso específico, y para esto necesitamos conocer qué está pasando con estas partículas”, agregó la científica Serrato Villegas.

De acuerdo con la doctora Rosales Marines, el proyecto, en términos generales, está en su etapa inicial. Actualmente estudian la manera en que están interaccionando las partículas de polipirrol con el óxido de zinc y buscan determinar cómo estas interacciones afectarán las propiedades fotocatalíticas del material y su posible aplicación.

“En principio, es analizar estas interacciones, la segunda etapa sería ver cómo se están afectando las propiedades del material en función de estas interacciones y del material que nosotros estemos agregando. Es posible hacer esto mediante simulación y podemos variar las cantidades, y esto nos da una perspectiva sobre cómo estas propiedades se verán afectadas”, comentó la investigadora Rosales Marines respecto al futuro del proyecto.

Para finalizar, las investigadoras agregaron que buscarán continuar el proyecto en una segunda etapa y analizar otros materiales a nivel de simulación molecular y experimental para aplicarlos en casos específicos. A partir de este trabajo se contempla el desarrollo de un recurso humano altamente especializado, a través de un estudiante de la maestría en ciencia y tecnología química de la institución y la publicación de un artículo científico referente al tema.

 

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