Un equipo del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), centro perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha desarrollado un método basado en nanoflores de óxido de hierro que permite capturar nanoplásticos presentes en el agua y aprovechar posteriormente esos residuos para retirar otros contaminantes.
El estudio, publicado en Chemical Engineering Journal, demuestra que estas nanoflores son capaces de capturar partículas procedentes de plásticos PET —tereftalato de polietileno—, uno de los materiales empleados habitualmente en la fabricación de botellas, envases y ropa. La investigación plantea además un segundo uso para los residuos capturados: las nanopartículas quedan adheridas al plástico y forman una plataforma magnética con capacidad para adsorber sustancias como metales pesados y colorantes orgánicos.
Según los resultados recogidos en la investigación, un solo gramo de las nanoflores magnéticas puede capturar hasta 10.000 miligramos, es decir, 10 gramos, de nanoplásticos. El trabajo se centra en partículas de tamaño nanométrico, mil veces más pequeñas que los microplásticos convencionales descritos en la nota de prensa.
El objetivo del equipo es avanzar en alternativas a los procesos utilizados actualmente a escala macro en las plantas de tratamiento de residuos, que, según explica el CSIC, presentan un coste elevado. Para ello, el personal investigador del ICMM desarrolló nanopartículas de óxido de hierro con una estructura en forma de nanoflores, definidas en el estudio como ecológicas y reutilizables.
“El óxido de hierro es un material magnético que permite atrapar muchos contaminantes a la vez. Además, su estructura en forma de nanoflores permite que las partículas tengan varios núcleos que cooperan para mejorar sus propiedades magnéticas”, explica Álvaro Gallo-Córdova, investigador del ICMM-CSIC y uno de los autores principales del trabajo junto con Rafael Herrera-Aquino y María del Puerto Morales, también pertenecientes al centro.
De los microplásticos a los nanoplásticos
La investigación da continuidad a trabajos anteriores realizados con estas nanopartículas. En 2024, los materiales desarrollados por el equipo ya habían demostrado capacidad para extraer y degradar del agua microplásticos procedentes de cosméticos, con tamaños comprendidos entre 0,001 y 5 milímetros.
El nuevo estudio analiza ahora su comportamiento frente a partículas de dimensiones todavía menores. Las nanoflores de óxido de hierro han conseguido capturar nanoplásticos cuyo tamaño equivale a la milmillonésima parte de un metro. Los investigadores sitúan su capacidad máxima de captura en hasta 10.000 miligramos de nanoplásticos por cada gramo de nanoflores magnéticas.
Se trata, según Gallo-Córdova, de “una cifra no vista hasta ahora”.
Las pruebas se han realizado con nanoplásticos de PET, un material utilizado, entre otros productos, en botellas, envases alimenticios y fibras textiles de poliéster. El estudio aborda así partículas que pueden generarse a medida que este tipo de plástico se degrada en el medio ambiente.
“Cuando acaban su vida útil, gran parte de los plásticos PET termina en el entorno, donde la luz del sol y el desgaste físico actúan como una lija que los tritura y los convierte en nanoplásticos, una especie de polvo finísimo que contamina nuestros suelos y fuentes de agua”, señala Gallo-Córdova.
Convertir el residuo capturado en un nuevo material
Uno de los aspectos analizados en el trabajo es el aprovechamiento posterior del nanoplástico una vez retirado del agua. La propuesta del ICMM-CSIC no termina, por tanto, con su captura, sino que utiliza la combinación formada por el plástico y las nanopartículas magnéticas para obtener un material con nuevas funciones.
“Tras capturar los nanoplásticos gracias a nuestras nanopartículas magnéticas, los valorizamos en materiales funcionales, transformando un residuo contaminante en una nueva materia prima dentro de un enfoque de economía circular”, explica el investigador.
Durante el proceso, las nanoflores magnéticas se adhieren a la superficie de los nanoplásticos y forman materiales híbridos magnéticos que incorporan el residuo plástico a su estructura. El resultado mantiene propiedades magnéticas y, al mismo tiempo, presenta capacidad para adsorber otros contaminantes. También puede participar en procesos de degradación catalítica.
La investigación plantea así que los propios nanoplásticos retirados del agua puedan formar parte de materiales destinados a nuevas tareas de descontaminación.
En palabras de Gallo-Córdova, “utilizamos el propio contaminante para ayudar a eliminar otros contaminantes, cerrando el ciclo y dando una segunda vida a un residuo que normalmente se consideraría un desecho”.
Esta segunda fase del procedimiento permite que los materiales obtenidos se empleen para retirar del agua sustancias como metales pesados o colorantes orgánicos. De esta forma, el residuo plástico pasa a integrarse en una plataforma con capacidad descontaminante.
Calentamiento localizado y reutilización del material
El estudio también ha evaluado el consumo energético y la posibilidad de utilizar repetidamente el material desarrollado. Según los datos aportados por el ICMM-CSIC, el proceso requiere poca energía debido al funcionamiento localizado del calentamiento magnético.
Este sistema genera calor directamente sobre la superficie de las nanopartículas, sin necesidad de elevar la temperatura de todo el medio acuoso. Este funcionamiento permite reducir la energía necesaria durante el proceso.
Los investigadores han estudiado asimismo el comportamiento del material después de varios usos. Tras cinco ciclos, conservó el 88% de su capacidad descontaminante. Durante esas pruebas, la cantidad de hierro liberada al agua se situó por debajo del 0,82% del contenido inicial. La nota de prensa del CSIC señala estos datos como indicadores de las propiedades estables y reutilizables del material.
Los resultados abren, según los responsables del estudio, la posibilidad de estudiar estrategias en las que determinados residuos plásticos de tamaño nanométrico no solo sean retirados del medio acuoso, sino que puedan aprovecharse posteriormente en tecnologías dirigidas al tratamiento del agua.
“Nuestro trabajo sugiere una vía hacia estrategias circulares en las que los residuos plásticos puedan reutilizarse en tecnologías medioambientales, como el tratamiento avanzado de aguas”, concluye Gallo-Córdova.
El trabajo está firmado por Rafael Herrera-Aquino, Fernanda Lyzeth Rivera, Carlos Díaz-Ufano, Lucía Gutiérrez, Sabino Veintemillas-Verdaguer, María del Puerto Morales y Álvaro Gallo-Córdova. Bajo el título Magnetic capture and process-oriented upcycling of PET nanoplastics enabled by mesocrystalline iron oxide nanoflowers, ha sido publicado en Chemical Engineering Journal.
