Resumen

La contaminación del agua por colorantes de la industria textil es una grave amenaza ambiental y para la salud, porque estos compuestos son persistentes, tóxicos y difíciles de degradar. Esto afecta la biodiversidad y dificulta el acceso a agua limpia, especialmente en comunidades vulnerables. Se han utilizado membranas de filtración para enfrentar el problema, pero las membranas tradicionales suelen taparse rápidamente y duran poco. Ahora, la nanotecnología (manipulación de la materia a escala nanométrica, es decir, extremadamente pequeña) surge como una alternativa prometedora. Al integrarla en membranas poliméricas (hechas de materiales plásticos), se mejora la eficiencia y la selectividad de filtrado (capacidad de retener contaminantes específicos). Además, estas membranas adquieren propiedades antimicrobianas y se vuelven más duraderas. Materiales como nanopartículas metálicas, óxidos metálicos y nanomateriales de carbono permiten crear membranas “inteligentes” capaces de degradar los colorantes y eliminar microbios. Investigadores de CIDETEQ están desarrollando estas membranas avanzadas para lograr un tratamiento del agua contaminada más sostenible, accesible y eficaz, en beneficio del medio ambiente y la salud de las personas.

Introducción

El agua es una fuente vital para todos los seres vivos. Sin embargo, se ha convertido en el vertedero de numerosas industrias, especialmente la textil. ¿Sabías que cada prenda que usas podría estar contaminando litros de agua sin que lo sepas? Cada atuendo que utilizamos implica un complejo proceso de teñido que, en muchos casos, culmina con el vertido de aguas residuales directamente en ríos y lagos. Esta contaminación representa un serio problema ambiental, ya que afecta tanto a la flora como a la fauna, además de ser un riesgo importante para la salud humana [1].

Se estima que existen alrededor de cien mil tipos de tintes disponibles comercialmente, con una producción global superior a setenta mil toneladas anuales, de las cuales aproximadamente el 15 % se pierde durante el proceso de teñido [2], terminando en cuerpos de agua sin el tratamiento adecuado. Esto genera alteraciones como la reducción de la luz solar disponible para organismos fotosintéticos y toxicidad para diversas formas de vida acuática (Figura 1) [3]. Estos efectos comprometen los ciclos naturales, provocan la pérdida de biodiversidad y afectan principalmente a comunidades rurales cercanas a los vertederos, que se vuelven más vulnerables ante estas descargas. Por ello, es urgente desarrollar tecnologías eficientes que combatan esta problemática [4].

Tecnologías convencionales de tratamiento de aguas

Existen diversas estrategias para tratar el agua contaminada por la industria textil, agrupadas en métodos físicos, químicos, biológicos y tecnologías avanzadas [5]. Entre las más conocidas se encuentra la adsorción, que emplea materiales como el carbón activado para atrapar los contaminantes [6]. También está la coagulación-floculación, que agrupa las partículas dañinas para facilitar su separación mediante agentes químicos [7]. Otro método muy efectivo es la filtración con membranas, como la ósmosis inversa, que elimina colorantes y sales al pasar el agua por filtros extremadamente pequeños [8].

En el área biológica, se emplean procesos como los lodos activados o la fitorremediación, en los cuales bacterias o plantas descomponen la materia orgánica presente en el agua [9].

Por otro lado, los tratamientos modernos incluyen la fotocatálisis (que utiliza un material activado por la luz para degradar contaminantes), el ozono (un oxidante fuerte que descompone compuestos tóxicos) y el proceso Fenton (que combina peróxido de hidrógeno con hierro para generar radicales que degradan materia orgánica) [10]. Asimismo, tecnologías emergentes como la electrocoagulación y el uso de nanomateriales han demostrado alta eficiencia y un bajo impacto ambiental [11].

Aplicación de membranas en el tratamiento de aguas

Entre todas estas alternativas, el uso de membranas se destaca como una estrategia versátil y eficaz. Estas membranas funcionan como barreras selectivas que permiten el paso del agua limpia mientras retienen contaminantes físicos, químicos y biológicos [12]. Muchas de ellas operan sin necesidad de añadir productos químicos, presentan un bajo consumo energético y pueden adaptarse a distintos tipos de contaminantes. Se emplean en procesos como la microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración y ósmosis inversa (clasificados según el tamaño de sus poros [13]), logrando una purificación efectiva, tal como se representa en la Figura 2. Sin embargo, su implementación enfrenta retos, como el ensuciamiento que reduce su eficiencia y vida útil, además del costo de instalación.

Nanotecnología como solución innovadora

La nanotecnología es la ciencia que manipula materiales a escalas diminutas (miles de veces más pequeñas que el grosor de un cabello humano), logrando mejoras significativas en sus propiedades. Recientemente, la incorporación de nanomateriales en membranas de filtración ha demostrado ser una estrategia muy efectiva para tratar aguas contaminadas por la industria textil, mejorando tanto la eliminación de contaminantes como la durabilidad y funcionalidad del sistema [14].

Estos nuevos materiales, conocidos como nanocompuestos, combinan nanopartículas funcionales con matrices poliméricas resistentes, como la polisulfona (PPSU) o la polietersulfona (PES), con el objetivo de desarrollar membranas multifuncionales de capacidad superior [15]. Por ejemplo, al integrar óxidos metálicos como el óxido de zinc (ZnO) o el dióxido de titanio (TiO₂) en membranas poliméricas, se les confiere actividad fotocatalítica bajo luz ultravioleta o solar, permitiendo la degradación directa de colorantes como el naranja de metilo o el azul de metileno, los cuales son difíciles de eliminar por métodos convencionales [16,17].

Del mismo modo, la incorporación de puntos cuánticos de carbono (CQDs) en membranas de polisulfona ha demostrado potenciar tanto la adsorción de colorantes como la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS, moléculas altamente oxidantes), facilitando su fotodegradación [18].

Otro ejemplo relevante es el uso de nanopartículas de plata (AgNPs). Estas partículas no solo mejoran la resistencia antimicrobiana de la membrana —evitando el crecimiento bacteriano en el sistema— sino que también contribuyen a la eliminación de materia orgánica [19]. Además, materiales como el óxido de grafeno (GO) se han utilizado para fabricar membranas con mayor hidrofobicidad y resistencia al ensuciamiento, favoreciendo un flujo de agua más eficiente y prolongando la vida útil del sistema [20].

Estas combinaciones de nanomateriales permiten desarrollar membranas activas y multifuncionales, capaces de retener, degradar y desinfectar el agua en un solo paso. En otras palabras, se logra una solución avanzada, adaptable y sostenible frente a los desafíos de la contaminación textil. La Figura 3 ilustra el papel de estos nanomateriales incorporados en las membranas poliméricas para el tratamiento de efluentes de la industria textil. En este esquema se aprecia que, ya sea actuando como un filtro que permite el flujo del agua o simplemente estando sumergida en agua contaminada, la membrana logra degradar los colorantes mediante la generación de radicales hidroxilo (·OH) que rompen sus moléculas contaminantes.

Conclusión

El desarrollo de nuevas tecnologías representa un gran paso hacia soluciones de tratamiento del agua más eficientes y sostenibles. Gracias a los avances en la ciencia de materiales, hoy es posible crear membranas más duraderas, reutilizables y fáciles de fabricar sin dañar el ambiente [23]. Incluso se está investigando cómo darles funciones “inteligentes”, como la autolimpieza [24] o la generación de electricidad con el flujo del agua [25].

Estas tecnologías podrían aplicarse en comunidades que no cuentan con acceso a plantas de tratamiento de agua, ofreciendo una alternativa accesible, de bajo costo y amigable con el planeta. Así, la innovación en este campo no solo ayudaría a cuidar el agua, sino que también contribuiría a mejorar la calidad de vida de muchas personas.

Cuidar el agua es cuidar la vida. Apostar por estas nuevas tecnologías es una manera de acercarnos a un futuro más justo, donde todas las personas puedan acceder a este recurso vital sin poner en riesgo su salud ni la del entorno.

En esta línea, el Laboratorio de Polímeros del Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica (CIDETEQ) trabaja activamente en el desarrollo de membranas nanoestructuradas multifuncionales, combinando polímeros de alto desempeño con nanomateriales estratégicos. Por ejemplo, una membrana de polietersulfona modificada con óxido de grafeno demostró, en un sistema de filtración, la capacidad de adsorber el colorante azul de metileno en cuanto entró en contacto con el agua contaminada, con una efectividad superior a la del carbón activado, demostrando así su eficacia tanto en la remoción de contaminantes como en la actividad bactericida [15].

También se están investigando membranas elaboradas mediante electrohilado (una técnica de fabricación de nanofibras), las cuales ofrecen nuevas oportunidades para el tratamiento eficiente del agua [26]. Estos avances buscan brindar soluciones sostenibles adaptadas a condiciones reales de operación, con procesos de fabricación más limpios y accesibles.