Adsorción eficiente de perfluorooctanosulfonato y ácido perfluorobutanosulfónico desde solución acuosa en granulares de diatomita funcionalizados con aminas

Por qué importan los químicos persistentes en el agua

Muchos productos cotidianos —desde sartenes antiadherentes y envases para comida hasta espumas para extinción de incendios— dejan tras de sí una clase de compuestos industriales a menudo llamados “químicos perpetuos”. Estas sustancias, conocidas como PFAS, no se descomponen fácilmente en la naturaleza y pueden acumularse en nuestro organismo, donde se han relacionado con cáncer, problemas inmunitarios y alteraciones del desarrollo. El estudio resumido aquí explora un material filtrante simple y de bajo coste, hecho a partir de algas fosilizadas, que puede eliminar con alta eficacia dos PFAS comunes del agua y reutilizarse muchas veces.

Una nueva variante de un filtro natural

Los investigadores se centraron en la tierra de diatomeas, un polvo formado por las conchas fósiles de algas microscópicas. Por sí solo, este material es barato, abundante, poroso y ya se usa en algunos filtros, pero no atrapa los PFAS con suficiente fuerza. Para mejorar su rendimiento, el equipo transformó el polvo en pequeños gránulos y recubrió sus superficies con una molécula que contiene grupos ricos en nitrógeno que pueden portar cargas positivas. Estos gránulos tratados, denominados APTES-DE, proporcionan muchos puntos activos que pueden atraer las cabezas cargadas negativamente de las moléculas PFAS, a la vez que conservan la estructura porosa que permite el paso del agua.

Poniendo a prueba los gránulos

Los científicos examinaron los gránulos modificados con varias técnicas de imagen y análisis superficial para confirmar que el nuevo recubrimiento estaba presente y que los poros internos seguían siendo accesibles. Luego probaron qué tan bien APTES-DE podía eliminar dos compuestos PFAS muy detectados en el agua: PFOS, que tiene una cadena fluorada más larga, y PFBS, una versión de cadena más corta. En experimentos por lotes con agitación, los gránulos eliminaron hasta aproximadamente el 92% de PFOS y el 90% de PFBS en condiciones optimizadas. Los datos mostraron que los PFAS formaron múltiples capas sobre la superficie irregular en lugar de un recubrimiento único y uniforme, coherente con un paisaje fragmentado de sitios de unión fuertes y débiles a lo largo de cada grano.

Cómo funciona el proceso de eliminación

Al variar el tiempo de contacto, la concentración, la acidez del agua y las condiciones de flujo, el equipo desentrañó las fuerzas principales detrás de la captura de PFAS. En pH de ligeramente ácido a neutro, los grupos nitrogenados de los gránulos se cargan positivamente, atrayendo las cabezas cargadas negativamente de los PFAS mediante atracción electrostática. Al mismo tiempo, las colas fluoradas, que repelen el agua, se sienten atraídas por el microambiente relativamente menos acuoso en la superficie del gránulo, añadiendo una “adhesión” hidrofóbica. Los enlaces de hidrógeno entre los PFAS y los grupos superficiales de la sílice estabilizan aún más estas uniones. En conjunto, estas fuerzas crean un agarre fuerte y cooperativo, especialmente sobre PFAS de cadena más larga, que presentan más superficie hidrofóbica para fijarse a los gránulos.

Del vaso de laboratorio a columnas en flujo

Dado que las plantas de tratamiento reales usan flujo continuo en lugar de tanques estáticos, los investigadores llenaron columnas transparentes con los gránulos APTES-DE y bombeaban a través de ellas agua contaminada con PFAS. Lechos más altos de gránulos retuvieron los PFAS durante más tiempo, retrasando el momento en que los contaminantes comenzaron a aparecer en la salida y aumentando la eliminación total. Caudales más lentos también mejoraron el rendimiento al dar más tiempo a los PFAS para alcanzar y unirse a las superficies de los gránulos. A lo largo de estos ensayos, el PFOS se adhirió de forma consistente con mayor fuerza y apareció en la salida más tarde que el PFBS, subrayando cómo la longitud de cadena influye en la captura en sistemas prácticos.

Reutilizar el filtro una y otra vez

Para que cualquier filtro sea útil a escala, debe limpiarse y reutilizarse sin perder gran parte de su capacidad. Aquí, los gránulos APTES-DE saturados se enjuagaron con una mezcla de alcohol y una solución alcalina suave, lo que aflojó los PFAS y los arrastró. Tras cinco ciclos de adsorción y regeneración, los gránulos todavía conservaban más del 95% de su capacidad original para PFOS y alrededor del 96% para PFBS, mostrando solo pequeñas pérdidas. Esta durabilidad, combinada con altas eficiencias de eliminación y el uso de un material de partida naturalmente abundante, sugiere que la tierra de diatomeas modificada con aminas podría convertirse en una opción práctica y más sostenible para eliminar PFAS persistentes de aguas contaminadas.

Cita: Bano, A., Prasad, B., Dave, H. et al. Efficient adsorption of perfluorooctane sulfonate and perfluorobutane sulfonic acid from aqueous solution onto amine-functionalized diatomite granules. Sci Rep 16, 10368 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41388-4

Palabras clave: eliminación de PFAS, purificación del agua, Tierra de diatomeas, adsorción, químicos persistentes