Un material 3D degrada las moléculas de un antidepresivo que contamina cuerpos de agua en todo el mundo

Es un fotocatalizador a base de óxido de zinc, y exhibió buenos resultados contra la sertralina, una sustancia a la que se considera un contaminante emergente

Agência FAPESP* – En un estudio publicado en el Chemical Engineering Journal se describe una estrategia que apunta a producir un material a base de óxido de zinc (ZnO) capaz de degradar la molécula de sertralina, un fármaco antidepresivo que, así como otras drogas de este tipo, ha sido detectado en aguas superficiales de todo el mundo y al que se considera un contaminante emergente. Estas sustancias poseen ciertas propiedades fisicoquímicas que dificultan su remoción aplicando los métodos convencionales de tratamiento del agua.

La referida investigación, realizada en Brasil, contó con el apoyo de la FAPESP y participaron en ella científicos del Centro de Desarrollo de Materiales Funcionales (CDMF), de la estatal Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria (Embrapa) y de las universidades Federal de Alfenas (Unifal) y Federal de Paraíba (UFPB). El CDMF es un Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID) de la FAPESP con sede en la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar), en el estado de São Paulo.

El grupo de investigadores describió una estrategia orientada hacia la producción de estructuras jerárquicas de óxido de zinc (ZnO) 3D capaces de promover la degradación fotocatalítica de la sertralina con un alto rendimiento.

Se aplicó el método hidrotérmico asistido con microondas y la planificación de experimentos, y se seleccionaron condiciones sintéticas optimizadas para producir fotocatalizadores de ZnO con estructura 3D en tan solo diez minutos. Para correlacionar las propiedades fisicoquímicas y fotocatalíticas de los materiales en las condiciones sintéticas investigadas, se aplicó el análisis de componentes principales (ACP, o PCA en inglés), aún poco explorada en la síntesis de materiales.

Los resultados demostraron que el empleo de las herramientas quimiométricas es de gran relevancia para el estudio de sistemas sintéticos que generan significativas cantidades de datos experimentales.

De este modo, al identificarse las muestras con mayor potencial para la remediación ambiental, la actividad fotocatalítica del ZnO 3D mostró un alto rendimiento en la degradación de un colorante orgánico y del contaminante emergente sertralina en aguas naturales. Estos resultados confirmaron que el ZnO 3D elaborado es capaz de absorber la energía luminosa (la luz ultravioleta de los tipos A y C) para promover eficientemente la fotooxidación del agua, que genera especies oxidantes responsables de la degradación de los contaminantes orgánicos.

Los resultados de la aplicación, la reutilización en hasta cinco ciclos y la toxicidad empleando organismos vegetales confirman que la actividad fotocatalítica se mantiene elevada y que los materiales no exhiben toxicidad asociada con relación a los organismos testeados. Esto sucede porque la estructura cristalina, la morfología y otras propiedades se mantienen aun después de los cinco ciclos, lo que evidencia la estabilidad del fotocatalizador.

Según los autores, estos resultados se mostraron competitivos en comparación con otros materiales que figuran en la literatura, lo cual permite que se investigue ahora el desempeño del fotocatalizador en sistemas reales de tratamiento de aguas contaminadas.

A juicio de Ailton Moreira, investigador del CDMF y autor corresponsal del artículo, uno de los destacados de este trabajo fue la elección del contaminante emergente sertralina para los estudios de aplicación. Moreira señala que el desechado inadecuado de productos farmacéuticos viene causando cuantiosos problemas de contaminación ambiental y, en el caso de la sertralina, se han registrado escasos estudios que contemplen una propuesta de tratamiento mediante la aplicación de la fotocatálisis heterogénea. El investigador destaca a su vez que el tema es sumamente actual en razón de los riesgos para la salud y el medio ambiente que generan estos contaminantes.

En razón de estos resultados, se espera en un futuro cercano poner a prueba el ZnO 3D para la degradación de otros contaminantes emergentes aislados o mezclas que comprendan matrices aún más complejas, como los efluentes de una estación de tratamiento de efluentes (ETE) domiciliarios u hospitalarios. El equipo de científicos y otros investigadores planean ampliar los estudios en una ETE emplazada en el municipio de Gavião Peixoto, en el estado de São Paulo.

Puede leerse el artículo intitulado Hierarchical structure of 3D ZnO experimentally designed to achieve high performance in the sertraline photocatalysis in natural waters en el siguiente enlace: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894723049665?via%3Dihub.

* Con información del CDMF, un Centro de Investigación, Innovación y Difusión de la FAPESP.