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Egresada de la UAM, tercer lugar en Feria de Ciencias e Ingenierías del Estado de México

Propone un proceso para disminuir iones en el agua, con el fin de garantizar la calidad del recurso

Lucero Alvarado Jaimes –egresada de la Licenciatura en Ingeniería en Recursos Hídricos de la Unidad Lerma de la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM)– obtuvo el tercer lugar de la Feria de Ciencias e Ingenierías del Estado de México (FECIEM) 2020, en la Categoría Ingenierías.

Con el proyecto Evaluación del proceso de modificación de una membrana de acetato de celulosa con óxido de grafeno para remover iones, la ex alumna de la Casa abierta al tiempo propone un método alterno que disminuye o elimina iones en el agua, lo que es relevante en cuanto a la calidad.

En entrevista comentó que la presencia de sales o iones puede estar asociada a una serie de enfermedades, así que es muy importante que la destinada al consumo humano acate con lo estipulado en la norma oficial mexicana 127, la cual determina el límite máximo permisible de calcio y sodio, entre otros compuestos, y por ello es prioritario cumplir con estos parámetros.

La desionización –que consiste en suprimir sustancias disueltas y cargadas de manera eléctrica– se lleva a cabo mediante tratamientos conocidos como desalinizadores de mar o líquidos con alta carga de iones o sales y los cuales resultan contaminantes y costosos.

“La alternativa que ofrecemos es más rápida, económica y técnicamente más rentable para solucionar este problema a través de la modificación de membranas, pues con estudios que ya teníamos acerca del óxido de grafeno decidimos que era una buena opción” para este tipo de sistemas.

A lo largo de los años, la disponibilidad de los recursos hídricos ha disminuido en forma notable y, aun cuando existen reservas enormes en el mundo, la mayor parte es salada.

La técnica más común para desalinizar es la ósmosis inversa, que también se lleva a cabo con membranas y es usada en países que cuentan con poca agua o en islas, sin embargo es costosa porque requiere de dispositivos muy grandes. Además, cuando se hace la separación, una parte del líquido es apta para la ingesta y la otra es una salmuera –por las altas cantidades de sal– que implica un desequilibrio ambiental.

En un principio, la idea fue recurrir a membranas de acetato de celulosa debido a que análisis anteriores referían que este componente es sencillo de modificar, por lo que “propusimos hacerlo con óxido de grafeno, catalogado como uno de los materiales del futuro por sus propiedades, entre ellas, la selectividad”, es decir, que “si hipotéticamente optábamos por este elemento lograríamos mayor resistencia mecánica”, en virtud de que las membranas son costosas, frágiles y de un solo uso.

La novedad del trabajo es que al mejorar algunas de sus cualidades podría aumentarse, tanto su capacidad de resistencia como su vida útil; no obstante, el grafeno se obtiene en general por un mecanismo denominado de Hummers, que es costoso y contaminante.

En la Unidad Lerma ya se han efectuado estudios que demuestran que es posible obtener óxido de grafeno por exfoliación electroquímica –a partir de colocar grafito natural como ánodo y alambre de platino o zinc como cátodo para sumergirlos en un electrolito con determinada concentración y pH– que es una manera más sencilla, rápida y barata, pero “nosotros pretendemos hacer la modificación con ese compuesto mediante este proceso, con lo que reducimos costos y optimizamos tiempo”, expuso Alvarado Jaimes.

Básicamente “lo que hicimos fue empezar desde la síntesis de óxido de grafeno para transformar en laboratorio membranas de fibra de vidrio y de nitrocelulosa que después se pusieron a prueba con una solución de agua, cloruro de sodio, amonio, potasio, calcio y magnesio; con sondas de conductividad, cromatografía iónica y espectroscopía UV-Visible hubo resultados interesantes que fueron analizados”.

Las conclusiones de la investigación fueron que al inicio “lo que planteábamos no era tan cierto, debido quizás a que el producto de la síntesis fue una mezcla de óxido de grafeno y óxido de grafeno reducido con bajas cantidades de oxígeno, lo cual no permitió que éste se fijara correctamente en las membranas”.

Con las pruebas realizadas “nos dimos cuenta de que el agua no disminuyó de manera significativa en la retención de iones”, pues los que estaban al principio eran los mismos al final de la prueba, pero esto abre la puerta a posibles cambios en el procedimiento de alteración de las membranas para llevar a cabo una caracterización más detallada y utilizar aquellas que faciliten la fijación del óxido de grafeno, entre otras opciones.

Una siguiente etapa de la indagación consistiría en variar el método de transformación –en el sentido de que sea más complejo– y usar otra clase de membranas, así como llevar a cabo la tipificación de cada una o bajar la concentración de los iones presentes en el agua. En general “creo que se abre una oportunidad enorme de continuar”, con el propósito de moderar o eliminar iones.

Ahora lo que sigue es laborar para limitar los costos, porque es uno de los principales problemas de la investigación “y lo que queremos es poner esto al alcance de un mayor número de personas”, especificó en entrevista.

Además sería relevante, no sólo en términos del impacto medioambiental de muchas de las técnicas sino por la disponibilidad, ya que uno de los obstáculos está en la producción de óxido de grafeno en masa. Aunque está en etapa experimental es importante emplear formas innovadoras de eliminar iones para garantizar el acceso a un bien que es fundamental para todos.

Alvarado Jaimes comentó que el premio ha sido un estímulo para continuar desarrollando estos temas, ya que a pesar de la situación de confinamiento por la pandemia del Educación Pública “en la que nos tocó abordar este proyecto y a la que todos nos tratamos de adaptar, me siento muy feliz, sobre todo con mi asesor, el doctor Yuri Reyes Mercado, porque en medio de las circunstancias supo manejar bien las cosas, al brindar un gran respaldo a sus alumnos y alentarnos a seguir investigando”.

Hacia la UAM siente agradecimiento “porque pudimos usar los recursos e instalaciones; fue una experiencia grata, independientemente del resultado y es algo que me hace muy feliz porque pertenezco a esta comunidad que en verdad se preocupa por el trabajo científico”.

La Feria de Ciencias e Ingenierías del Estado de México es un concurso anual sobre ciencia, tecnología e innovación para estudiantes mexiquenses de nivel medio superior y superior.

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