Limpieza magnética
Dennis Lenz
(Imagen simbólica). Eliminar los microplásticos del agua es más difícil que simplemente filtrar las partículas de plástico visibles. Al mismo tiempo, el plástico puede liberar aditivos disueltos que quedan en el agua después de que las partículas se separan. La magnetita hace que las partículas de microplástico examinadas se agreguen y luego se separen magnéticamente. Sin embargo, los experimentos también muestran que la eliminación de partículas sólidas no acaba automáticamente con la contaminación plástica disuelta.
(Foto: © Investigación y conocimiento, imagen de IA)
Normalmente, un imán no puede atraer el plástico. Sin embargo, cuando el microplástico entra en contacto con la magnetita, las partículas de óxido de hierro se acumulan en su superficie y crean agregados magnéticamente separables. En un nuevo experimento, se pueden eliminar los microplásticos del agua junto con algunos de los aditivos plásticos ya disueltos. Al mismo tiempo, el estudio muestra una limitación importante: incluso después de una rápida separación, algunas partículas de plástico pueden liberar sustancias químicas adicionales al agua.
Los microplásticos no son un contaminante uniforme. El término cubre partículas plásticas de diferentes tamaños, composiciones, química superficial y orígenes. En el agua se producen, entre otras cosas, abrasiones de neumáticos, fragmentos de tuberías, fibras y fragmentos envejecidos de objetos de plástico más grandes. Por lo tanto, para el tratamiento del agua no basta con registrar únicamente un determinado tipo de plástico. También hay un segundo problema. Muchos plásticos contienen plastificantes, estabilizadores y otros aditivos que no están firmemente unidos al polímero. Pueden pasar al líquido circundante y ya no están presentes como partículas, sino como moléculas orgánicas disueltas. Lo ideal es que el tratamiento tenga en cuenta ambas partes. Un equipo del Politécnico de Rzeszów y otros institutos de investigación polacos estudiaron exactamente este proceso acoplado utilizando magnetita, un óxido de hierro con la fórmula química Fe3O4.
Los investigadores utilizaron diversos materiales microplásticos, incluidos restos de neumáticos, partículas de tuberías de PVC y polímeros de referencia. Tras la adición de magnetita se formaron los llamados heteroagregados. Las partículas de magnetita se adhieren a las superficies de plástico y conectan partículas individuales para formar grupos más grandes. Estos agregados reaccionan a un campo magnético y, por tanto, pueden eliminarse del líquido. Al mismo tiempo, el equipo investigó si la magnetita también se une a los aditivos plásticos disueltos. El estudio publicado en Scientific Reports muestra que ambos procesos pueden ocurrir simultáneamente. Sin embargo, la eficiencia depende en gran medida del tipo de plástico, el valor del pH y las propiedades del compuesto disuelto.
Cómo la magnetita transforma el plástico en agregados magnéticos
La magnetita tiene propiedades ferrimagnéticas y, por tanto, reacciona fuertemente a los campos magnéticos externos. Las propias partículas de plástico siguen siendo no magnéticas. El factor decisivo es la adherencia de las finas partículas de óxido de hierro a su superficie. Las micrografías electrónicas y la espectroscopia infrarroja confirmaron que el Fe3O4 se adhiere a las partículas microplásticas sin convertir químicamente los polímeros de manera detectable. Tan pronto como se acumula suficiente magnetita en las superficies de plástico, diferentes partículas pueden unirse para formar agregados más grandes. Estos reaccionan al imán mucho más fuerte que los fragmentos de plástico originales. Ya se están explorando ideas básicas similares para otros contaminantes del agua difíciles de eliminar. En forschung-und-wissen.de se describe un proceso en el que un imán extrae PFAS y microplásticos que contienen fluoruro del agua contaminada. El nuevo trabajo ahora examina explícitamente el acoplamiento de partículas sólidas de plástico y aditivos disueltos.
La abrasión de los neumáticos se comporta de forma diferente al PVC
La respuesta magnética de los agregados no fue la misma para todos los materiales. Esto es posible porque los microplásticos del medio ambiente tienen superficies muy diferentes. El desgaste de los neumáticos no se compone de un solo polímero, sino de una mezcla compleja de caucho, rellenos, negro de humo y aditivos químicos. Las partículas de tuberías de PVC contienen otros aditivos y tienen diferentes cargas superficiales. El valor del pH también cambia la fuerza con la que las partículas se atraen o se repelen entre sí. Por ello, los investigadores analizaron no sólo la separación, sino también las propiedades magnéticas y las estructuras superficiales de los agregados formados. Además, utilizaron métodos estadísticos y un modelo de bosque aleatorio exploratorio para investigar qué variables estaban particularmente relacionadas con el comportamiento observado. Este modelo se utiliza en el estudio para evaluar el conjunto de datos experimentales y no como una herramienta de predicción universal para cualquier cuerpo de agua.
Los aditivos disueltos siguen siendo el problema más difícil
Los resultados sobre el desgaste de los neumáticos son particularmente importantes. Incluso después de que las partículas sólidas se agregaron rápidamente con la magnetita y se separaron, el plástico restante continuó liberando ftalatos. La eliminación de una partícula no finaliza automáticamente todos los procesos químicos que se originan en este material. Al mismo tiempo, la magnetita pudo absorber algunos de los compuestos orgánicos ya disueltos de las soluciones modelo. Su eficacia depende de sus propiedades fisicoquímicas. Esto da como resultado un marco de dos fases. La magnetita puede hacer que las partículas microplásticas sólidas sean magnéticamente accesibles y al mismo tiempo unir determinadas sustancias disueltas. Sin embargo, no se garantiza una limpieza completa. Por lo tanto, para un verdadero tratamiento del agua sería fundamental determinar qué mezclas de sustancias se producen realmente, cuánto tiempo permanece el agua en contacto con la magnetita y qué sucede posteriormente con el material cargado.
Porque el método es interesante para acueductos.
La separación magnética tiene una ventaja práctica. Después de la etapa de unión, el material absorbente no es necesario retirarlo de grandes cantidades de agua mediante filtros extremadamente finos, sino que se puede concentrar mediante campos magnéticos. Esto puede resultar especialmente interesante para partículas muy pequeñas. Sin embargo, el método debería funcionar continuamente en sistemas técnicos. La magnetita debe dosificarse, mezclarse con agua, luego recuperarse por completo y, según el proceso, recuperarse o eliminarse. También se debe tener en cuenta la formación de grandes cantidades de lodos magnéticos. El trabajo actual examina las condiciones del modelo controlado y, por lo tanto, aún no es un proceso terminado para el agua potable municipal. Además, la concentración y composición del agua real difieren significativamente de las soluciones de laboratorio. La materia orgánica, los minerales y otras partículas en suspensión podrían competir por los sitios de unión con las mismas superficies.
El estudio advierte contra una definición demasiado simplista de limpieza
Quizás el punto técnico más importante no resida tanto en la separación magnética en sí sino en la consideración simultánea de la fracción disuelta. Muchos estudios evalúan un método basado en la cantidad de microplástico visible o medible que desaparece del agua. Esto puede producir una imagen incompleta si el plástico ha liberado sustancias químicas previamente. Por lo tanto, los autores señalan que la eliminación física de partículas no significa automáticamente que se haya eliminado toda la contaminación relacionada con el plástico. Esto es especialmente importante en el caso del desgaste de los neumáticos, ya que están compuestos por numerosos componentes y pueden liberar sustancias continuamente. Por lo tanto, un tratamiento eficaz debería equilibrar las partículas y las sustancias disueltas.
Magnetit ofrece un enfoque, pero aún no una solución completa
La publicación del grupo de investigación polaco muestra dos caras de una misma tecnología. Por un lado, la magnetita puede combinar rápidamente microplásticos en asociaciones magnéticamente separables y al mismo tiempo adsorber determinados compuestos orgánicos disueltos. Por otra parte, la liberación adicional de aditivos deja claro que una única etapa de separación no es necesariamente suficiente. Por lo tanto, las pruebas con aguas residuales reales, mezclas de sustancias más complejas, altos caudales y el uso repetido de magnetita son cruciales para aplicaciones técnicas posteriores. El proceso amplía las posibilidades del tratamiento magnético del agua, pero al mismo tiempo plantea una pregunta más precisa: no sólo cuántas partículas de plástico desaparecen, sino también qué sustancias relacionadas con el plástico quedan realmente en el agua después del tratamiento.
Informes científicos, interacciones acopladas entre microplásticos particulados y aditivos derivados del plástico lixiviados durante el tratamiento de agua asistido por magnetita; doi:10.1038/s41598-026-74151-w
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