Un nuevo composite de quitosano y exopolisacárido de Bacillus subtilis para la eliminación de azul de metileno de soluciones acuosas

Por qué importa limpiar el agua coloreada

Desde los vaqueros que usamos hasta el papel en que imprimimos, la vida moderna depende de tintes sintéticos. Pero cuando los tintes sobrantes se vierten por los desagües de las fábricas, pueden teñir los ríos de colores intensos, bloquear la luz solar, dañar la vida acuática e incluso suponer riesgos para la salud humana. Tratar esta “agua coloreada” es costoso, especialmente en regiones que ya enfrentan escasez de agua. Este estudio explora un material de bajo coste y biodegradable hecho a partir de polímeros naturales —uno procedente de residuos de crustáceos y otro de bacterias útiles— para extraer un tinte azul común del agua de forma rápida y eficiente.

Un equipo natural para aguas sucias

Los investigadores se centraron en eliminar el azul de metileno, un tinte azul ampliamente usado que es difícil de degradar una vez que llega al medio ambiente. Construyeron un material nuevo combinando quitosano —un compuesto azucarado obtenido de caparazones de crustáceos— con exopolisacáridos, azúcares de cadena larga producidos por la bacteria Bacillus subtilis. Ambos ingredientes son biodegradables y ya se sabe que se adhieren a contaminantes. La idea era que al mezclarlos en un único “composite” se generarían más y mejores sitios de unión para el tinte que los que ofrece cada material por separado, al mismo tiempo que se reutilizarían subproductos bacterianos que normalmente se desechan.

Cómo se comporta el nuevo material filtrante

Para entender la eficacia de este composite natural, el equipo examinó primero su química y estructura mediante espectroscopía infrarroja y microscopía electrónica. Estas herramientas confirmaron que el material presentaba numerosos grupos químicos activos —como hidroxilo, amino, carboxilo y fosfato— que pueden engancharse a las moléculas del tinte. Al microscopio, el quitosano puro se mostró liso y relativamente denso, con pocos poros. En contraste, el composite de quitosano y azúcares bacterianos se veía más rugoso y poroso, con una textura similar a una esponja. Esta superficie más abierta e irregular ofrece espacio adicional para que las moléculas del azul de metileno se inserten y se adhieran.

Encontrando las mejores condiciones para la limpieza

Los científicos probaron cómo distintas condiciones del agua afectaban la eliminación del tinte. Variaron la acidez (pH), el tiempo de contacto y la concentración inicial del tinte. El composite eliminó mejor el tinte en un pH ligeramente ácido a casi neutro, en torno a pH 6, mientras que el quitosano puro funcionó mejor a pH 7. Al aumentar el pH desde valores muy ácidos hacia el neutro, la superficie del material se volvía más cargada negativamente, lo que atraía fuertemente a las moléculas de azul de metileno, que son cargadas positivamente. Ambos materiales eliminaron la mayor parte del tinte en aproximadamente 30 minutos, pero el composite fue consistentemente superior, aclarando alrededor del 72 por ciento del color frente a aproximadamente el 61 por ciento del quitosano solo. Cuando la concentración inicial del tinte era muy alta, la eficiencia de eliminación bajaba, principalmente porque el número limitado de sitios de unión se saturaba.

Qué ocurre a escala molecular

Para profundizar en cómo se adhiere el tinte, el equipo analizó cuánto tinte podían retener los materiales y qué tan rápido actuaban. Sus mediciones se ajustaron a un modelo en el que el tinte forma una sola capa ordenada sobre la superficie, un indicio de sitios de unión bien definidos. El composite almacenó ligeramente más tinte por gramo que el quitosano solo y lo retuvo con mayor fuerza. Los experimentos de cinética mostraron que el proceso seguía un patrón de “segundo orden”, que en términos sencillos significa que la velocidad está controlada por la rapidez con la que las moléculas de tinte pueden formar enlaces con sitios específicos. Aquí, el composite fue notablemente más rápido: su constante de velocidad fue aproximadamente una orden de magnitud mayor que la del quitosano puro. Mediciones infrarrojas adicionales, antes y después de la eliminación del tinte, revelaron cambios pequeños pero significativos en señales químicas clave, mostrando que grupos que contienen oxígeno, nitrógeno y fósforo participaron directamente. En conjunto, la evidencia apunta a una combinación de atracción electrostática entre cargas opuestas, enlaces por puente de hidrógeno e interacciones por apilamiento entre las moléculas anilladas del tinte y la columna vertebral azucarada del composite.

Un camino más ecológico para tratar aguas residuales coloreadas

En conjunto, el estudio muestra que mezclar quitosano con exopolisacáridos bacterianos crea un material totalmente biodegradable que elimina el azul de metileno del agua de forma más eficaz y mucho más rápida que el quitosano por sí solo. Aunque algunos materiales sintéticos avanzados pueden retener incluso más tinte, a menudo requieren productos químicos agresivos para su fabricación y tardan más en actuar. En contraste, este composite natural se fabrica con ingredientes renovables, incluido un subproducto bacteriano que de otro modo sería desechado, y funciona bien en condiciones similares a las de aguas residuales industriales reales. Esa combinación de rapidez, rendimiento y sostenibilidad sugiere que este material podría desarrollarse en filtros prácticos para fábricas que usan tintes intensos, ayudando a mantener nuestros ríos más limpios sin añadir nuevos contaminantes al proceso.

Cita: Abd-Alla, M.H., Hassan, E.A., Mohammed, E.A. et al. A novel composite of chitosan and Bacillus subtilis exopolysaccharide for the removal of methylene blue from aqueous solutions. Sci Rep 16, 6349 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36875-7

Palabras clave: tratamiento de aguas residuales, adsorbente biodegradable, eliminación de azul de metileno, composite de quitosano, exopolisacárido bacteriano