Hidroxiapatita modificada con benzoato de sodio para una mayor eliminación de colorantes mediante un enfoque combinado experimental y DFT

Eliminar el color del agua contaminada

En todo el mundo, los tintes industriales de colores intensos que hacen que nuestra ropa, medicamentos y cosméticos sean tan atractivos están manchando silenciosamente ríos y lagos. Muchos de estos colorantes no se degradan con facilidad y pueden dañar peces, ecosistemas e incluso la salud humana. Este artículo explora un material nuevo y de bajo coste, inspirado en el mineral óseo, que puede extraer eficazmente un colorante azul común del agua, apuntando hacia opciones de tratamiento más sencillas para aguas residuales contaminadas con tintes.

Tomando ideas de los huesos

El ingrediente central de este estudio es la hidroxiapatita, un mineral que constituye gran parte de nuestros huesos y dientes. Por ser rica en calcio y fosfato y ya utilizada ampliamente en medicina, se considera segura, barata y fácil de producir. Recientemente, los científicos han observado que este mineral también puede actuar como una pequeña esponja para muchos contaminantes en el agua, especialmente metales y algunos compuestos orgánicos. Sin embargo, su superficie natural no es ideal para atrapar moléculas de tintes resistentes, por lo que el equipo buscó una forma de “mejorarla” sin perder su bajo coste y su carácter respetuoso con el medio ambiente.

Aplicando un recubrimiento inteligente al mineral

Los investigadores modificaron la hidroxiapatita al unirle benzoato de sodio, un compuesto simple y económico que a menudo se usa como conservante alimentario. Mezclaron los componentes del mineral con diferentes cantidades de benzoato de sodio (5 %, 10 % y 15 % en peso) durante la síntesis, de modo que los grupos orgánicos pasaran a formar parte de la superficie. Un conjunto de técnicas —difracción de rayos X, espectroscopía infrarroja, microscopía electrónica y análisis térmico— mostró que la estructura cristalina similar a la ósea permaneció intacta, mientras que la superficie se volvió más porosa, más ordenada y más resistente al calor. En otras palabras, el mineral mantuvo su esqueleto robusto pero ganó una capa activa rica en grupos con carga negativa que pueden atraer moléculas de tinte con carga positiva.

Probando el nuevo material en la práctica

Para evaluar el rendimiento, el equipo se centró en el azul de metileno, un tinte azul de uso común conocido por su persistencia y posibles riesgos para la salud. Agitaron los polvos modificados y sin modificar en soluciones de tinte bajo condiciones controladas y siguieron la cantidad de color que desaparecía del agua. El mejor material, con un 15 % de benzoato de sodio, eliminó aproximadamente el 90 % del tinte y almacenó alrededor de dos tercios más de tinte por gramo que la hidroxiapatita sin tratar. Las pruebas a distintos valores de pH mostraron que el recubrimiento de benzoato de sodio hace que las superficies de las partículas sean más negativamente cargadas en condiciones de tratamiento típicas, lo que atrae fuertemente al tinte cargado positivamente. Los experimentos temporales revelaron que la mayor parte de la eliminación ocurre en los primeros 20 minutos y sigue un patrón consistente con una unión controlada, de tipo químico, más que con una adhesión débil y reversible.

Mirando las interacciones invisibles

Para entender por qué el recubrimiento funciona tan bien, los investigadores emplearon cálculos avanzados basados en la química cuántica. Estas simulaciones examinaron cómo se distribuyen los electrones en la molécula de benzoato de sodio y cómo ésta se sitúa sobre la superficie de la hidroxiapatita. Los resultados indican que la parte carboxilato del benzoato de sodio forma interacciones fuertes, pero no destructivas, con sitios de calcio en el mineral. Este anclaje crea parches negativos estables y anillos aromáticos que, combinados, favorecen una fuerte atracción electrostática e interacciones de apilamiento con las moléculas de azul de metileno. Los modelos teóricos de captación de tinte concordaron con los experimentos, sugiriendo que las moléculas de tinte forman una capa ordenada de una sola molécula sobre la superficie modificada en lugar de acumularse de forma desordenada.

Hacia aguas más limpias con polvos sencillos

En términos cotidianos, el estudio muestra que dotar a un mineral similar al óseo de un delgado recubrimiento “conservante” lo transforma en una potente esponja de color: extrae rápidamente las moléculas de tinte del agua, las retiene firmemente en una sola capa sobre su superficie y se mantiene estable frente al calor y en condiciones alcalinas. Dado que ambos ingredientes —la hidroxiapatita y el benzoato de sodio— son baratos y ya se consideran seguros, este enfoque podría escalarse para tratar aguas residuales cargadas de tintes procedentes de textiles, farmacéuticas y otras industrias, ayudando a devolver aguas más claras y seguras a ríos y lagos.

Cita: Boukra, A., Boukra, O., Latifi, S. et al. Innovative sodium benzoate-modified hydroxyapatite for enhanced dye removal using a combined experimental and DFT approach. Sci Rep 16, 9870 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39075-5

Palabras clave: tratamiento de aguas residuales, adsorción de colorantes, hidroxiapatita, azul de metileno, benzoato de sodio