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Los polímeros de hidratos de carbono podrían ser una solución dulce para purificar el agua

Peer-Reviewed Publication

American Chemical Society

Los polímeros de hidratos de carbono podrían ser una solución dulce para purificar el agua

video: Un chorro de este polímero se une al cadmio, formando un precipitado turbio, y luego un poco de ácido libera el metal pesado, lo que vuelve a disolver el polímero. view more 

Credit: Cassandra Callmann

El agua contaminada con metales pesados puede suponer una amenaza cuando los seres humanos y la vida acuática la consumen. Los polímeros derivados del azúcar de las plantas eliminan estos metales, pero a menudo requieren otras sustancias para ajustar la estabilidad o solubilidad en el agua. Ahora, los investigadores de la revista ACS Central Science informan sobre un polímero similar al azúcar que atrapa los metales pesados dentro de cúmulos insolubles para eliminarlos fácilmente. En las pruebas de concepto, el polímero eliminó el cadmio iónico y el plomo del agua del río enriquecida con estos contaminantes persistentes.  

Algunos iones metálicos pesados pueden ser tóxicos en grandes cantidades en el agua potable. Los métodos para eliminar estos contaminantes, como la filtración, pueden suponer un gran consumo de energía y necesitan membranas para captar el metal, las cuales se atascan rápidamente y se deben reemplazar. Para mejorar la purificación del agua, los investigadores han recurrido a las plantas. Las plantas defienden sus células con una barrera de polisacáridos, hecha de macromoléculas con unidades de azúcar repetidas, que atrapan los iones metálicos. Por ejemplo, en un estudio reciente, los investigadores utilizaron extractos de polisacáridos adhesivos del quimbombó y el aloe para eliminar los microplásticos de las aguas residuales. Sin embargo, algunos polisacáridos se disuelven en agua, por lo que se deben añadir aditivos para formar geles insolubles para captar y eliminar los metales. Cassandra Callmann y su equipo de investigación de la Universidad de Texas en Austin se propusieron diseñar un único material con estructuras similares al azúcar y solubilidad controlable en agua para eliminar metales pesados del agua. 

El equipo construyó varios polímeros, cada uno con una estructura insoluble en agua con diferentes carbohidratos solubles en agua que cuelgan de las unidades repetidas como dijes en un brazalete. En las pruebas iniciales, el “dije” de carbohidrato que atrajo y unió el cadmio iónico contenía de manera más eficiente un grupo ácido carboxílico. A continuación, en ensayos de agua enriquecida con cadmio iónico, el polímero con ácido carboxílico formó cúmulos visibles después de tres minutos, los cuales se pudieron filtrar. Los cúmulos también se volvieron a disolver al ajustar la acidez del agua, lo que liberó el cadmio. Después de tres ciclos de unión, agrupamiento y redisolución, el polímero mantuvo la misma eficiencia para atrapar los metales, lo que demuestra su potencial como material reciclable.  

Como prueba de concepto, el equipo probó el polímero que contiene carbohidratos en el agua del río Colorado enriquecida con cadmio iónico y plomo. La muestra del río contenía sustancialmente más calcio iónico, sodio y magnesio que los metales añadidos. Durante un período de 24 horas, el polímero capturó hasta el 20 % y el 45 % del cadmio y el plomo añadidos, respectivamente, y cantidades mínimas de los otros iones metálicos. Los investigadores afirman que su nuevo material es un paso prometedor para lograr materiales más eficientes, reutilizables y selectivos para purificar el agua. 

Los autores agradecen la financiación de la Fundación Welch, el instituto Cancer Prevention Research Institute of Texas y los Institutos Nacionales de Salud.

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