El papel de la hidratación en la eliminación del glifosato (GLY) y del ácido aminometilfosfónico (AMPA) por membranas de nanofiltración

Por qué importa la presencia oculta de herbicidas en el agua

Herbicidas como el glifosato, el herbicida más utilizado en el mundo, y su producto de degradación AMPA acaban con regularidad en ríos, lagos e incluso en el agua potable. Aunque están presentes en concentraciones muy bajas, ambos compuestos se han vinculado a diversos problemas de salud. Muchas plantas de tratamiento recurren a membranas especiales para filtrarlos, sin embargo, estas moléculas pequeñas y muy hidrofilicas pueden pasar con más facilidad de la esperada. Este estudio explora un actor sutil pero crucial en su eliminación: la delgada capa de agua que acompaña a cada molécula.

Cómo intentan los filtros modernos detener a los contaminantes diminutos

Los investigadores se centran en membranas de nanofiltración, barreras delgadas con poros tan pequeños que pueden separar moléculas individuales. Estas membranas pueden bloquear contaminantes de tres maneras principales. Primero, por tamaño: si una molécula es más grande que un poro, simplemente no puede pasar. Segundo, por carga: si tanto el contaminante como la superficie de la membrana tienen cargas eléctricas similares, se repelen. Tercero, por hidratación: las moléculas en agua están envueltas en capas de moléculas de agua, y obligarlas a desprender parte de esa envoltura requiere energía, lo que puede desincentivar su entrada en poros estrechos. El equipo se propuso desenmarañar cuánto contribuye realmente este efecto de hidratación a detener el glifosato y el AMPA.

Probando diferentes membranas en condiciones reales

Los autores filtraron agua enriquecida con niveles realistas de glifosato y AMPA a través de seis membranas comerciales que iban desde muy compactas hasta relativamente abiertas. Como era de esperar, las membranas más compactas, con los poros más pequeños, eliminaron alrededor del 85–90 por ciento de ambos compuestos, principalmente por bloqueo por tamaño, con una pequeña contribución de la carga y la hidratación. Sin embargo, las membranas más abiertas tenían poros mayores que el tamaño desnudo de estos contaminantes y casi ninguna tendencia a adsorberlos en su superficie. Aun así consiguieron eliminar una fracción significativa, especialmente cuando los contaminantes presentaban carga eléctrica. Esto indicó que la repulsión por carga y la hidratación, no solo el tamaño de los poros, hacían gran parte del trabajo.

El silencioso poder de las capas de agua y el pH

Para ver cómo cambian las capas de agua, el equipo modificó la acidez (pH) del agua. A pH muy bajo, el glifosato y el AMPA son mayoritariamente neutros, por lo que la repulsión por carga es débil. Aun así, cierta eliminación (alrededor del 50–80 por ciento para el glifosato y menos para el AMPA) persistió con membranas abiertas, lo que sugiere que el tamaño hidratado de las moléculas era efectivamente mayor que los poros. A medida que el pH aumentó y las moléculas se volvieron más negativamente cargadas, tanto la eliminación como el espesor y la estructura de sus caparazones de hidratación aumentaron. Mediante espectroscopía infrarroja, los investigadores pudieron detectar cambios sutiles en la forma en que las moléculas de agua vibran alrededor de los contaminantes, señal de enlaces de hidrógeno más ajustados. Las simulaciones por ordenador corroboraron esto, revelando densos cúmulos de moléculas de agua alrededor de los grupos cargados del glifosato y del AMPA, especialmente alrededor del extremo fosfato de cada molécula.

Cuando la presión ayuda a que los contaminantes se filtren

El estudio también probó qué ocurre al aumentar la presión impulsora a través de la membrana. Para las membranas más compactas, elevar la presión tuvo poco efecto en la eliminación: las moléculas permanecieron mayormente bloqueadas. Sin embargo, para una membrana más abierta, una mayor presión redujo drásticamente la eliminación, haciendo que el rechazo del glifosato pasara de aproximadamente un 86 por ciento a menos del 30 por ciento y el rechazo del AMPA a por debajo del 10 por ciento. Los autores interpretan esto como un desprendimiento parcial del caparazón de hidratación bajo presión intensa; una vez que la capa protectora de agua se ve desgarrada, las moléculas ahora "más delgadas" pueden colarse más fácilmente por los poros, debilitando la barrera basada en la hidratación.

Qué implica esto para un agua potable más segura

En conjunto, los experimentos y las simulaciones muestran que la delgada capa de agua alrededor del glifosato y del AMPA no es solo una curiosidad química, sino una perilla de control práctica para el tratamiento del agua. Para contaminantes pequeños y altamente cargados, la eliminación mediante nanofiltración depende no solo del tamaño de los poros y la repulsión por carga, sino también de la fuerza con la que el agua circundante se aferra a ellos y de lo fácil que es desprender esa capa bajo presión. Comprender y ajustar este efecto de hidratación puede ayudar a los ingenieros a diseñar membranas y condiciones de operación que impidan que más residuos de herbicidas lleguen al agua potable, sin necesitar siempre las presiones y el consumo energético más altos.

Cita: Trinh, P.B., Nguyen, M.N., Futera, Z. et al. The role of hydration in the removal of glyphosate (GLY) and aminomethylphosphonic acid (AMPA) by nanofiltration membranes. Nat Commun 17, 3741 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71492-y

Palabras clave: glifosato, nanofiltración, purificación del agua, caparazón de hidratación, eliminación de pesticidas