Eliminación eficiente de Basic Red 9 de aguas residuales usando óxidos metálicos cerámicos con carbono como nuevos nanohíbridos

Por qué importa limpiar el agua coloreada

Los tintes sintéticos intensos hacen que nuestra ropa, papel y muestras de laboratorio sean llamativos, pero una vez que se vierten por el desagüe se convierten en una forma persistente de contaminación del agua. Uno de estos tintes, conocido como basic red 9, puede persistir en ríos y aguas subterráneas, dañar la vida acuática y representar riesgos para la salud humana. Este estudio explora un nuevo tipo de material sólido y extremadamente pequeño que puede extraer este tinte problemático del agua de manera eficiente, ofreciendo una vía práctica hacia suministros más limpios y seguros.

Un tinte rojo persistente en las aguas residuales cotidianas

El basic red 9 se utiliza ampliamente en textiles, papel y trabajo de laboratorio, y solo una fracción queda adherida al producto final. El resto con frecuencia termina en aguas residuales, donde su color intenso bloquea la luz solar, interfiere con la fotosíntesis de las plantas acuáticas y puede afectar a las células vivas. Muchas opciones de tratamiento existentes—como membranas, decantación química o procesos avanzados fotoinducidos—son costosas, generan residuos adicionales o tienen dificultades frente a aguas residuales reales y complejas. La adsorción simple, en la que los contaminantes se adhieren a la superficie de un sólido, es atractiva porque es fácil de operar, no requiere equipos complejos y los sólidos a veces pueden limpiarse y reutilizarse. El reto es diseñar un sólido que capture gran cantidad de tinte rápidamente y que siga funcionando en presencia de sales y otras sustancias comunes en aguas reales.

Construir nuevos limpiadores diminutos a partir de cerámica y carbono

Los investigadores crearon dos materiales relacionados combinando óxidos metálicos de estroncio, cobalto y magnesio con carbono en lo que denominan nanohíbridos—sólidos formados por varias fases cristalinas diminutas entrelazadas. Emplearon un proceso Pechini sol–gel, una forma controlada de mezclar sales metálicas con un agente orgánico y calentar la mezcla para formar partículas finas y uniformes. El calentamiento de la mezcla inicial a 600 °C produjo un material, MSC600, con una estructura más abierta y en forma de varillas. Calentar a 800 °C produjo MSC800, que presentó granos más compactos, casi esféricos, y dominios cristalinos algo mayores. En ambos casos, los sólidos finales contenían varias fases cerámicas más carbono, lo que les confirió una mezcla rica de sitios superficiales donde las moléculas del tinte podían adherirse.

Cómo los nuevos materiales atrapan el tinte

Al probar estos nanohíbridos en soluciones de basic red 9, el equipo observó que la eliminación del tinte dependía fuertemente de la acidez del agua. En condiciones ácidas, las superficies sólidas tenían carga positiva, lo que repelía al tinte también cargado positivamente y conducía a una eliminación muy pobre. A pH alcalino, las superficies se volvieron cargadas negativamente y atrajeron fuertemente al tinte, especialmente en MSC600, cuya polaridad superficial y textura más abierta favorecían la captación. Mediciones infrarrojas detalladas mostraron que intervenían varios tipos de interacciones: atracción electrostática entre cargas opuestas, enlaces de hidrógeno, apilamiento entre las unidades aromáticas del tinte y el carbono del sólido, y unión a sitios metal–oxígeno. Mediciones con nitrógeno confirmaron que ambos materiales tenían poros grandes y accesibles, con MSC600 ofreciendo mayor área superficial y volumen de poro, lo que ayuda a que moléculas voluminosas del tinte difundan hacia el interior y encuentren lugares donde fijarse.

Limpieza rápida, eficiente y reutilizable

En las pruebas de rendimiento, ambos materiales captaron grandes cantidades de basic red 9, superando con creces la capacidad reportada para alternativas comunes como el carbón activado, biochar o residuos agrícolas. MSC600 alcanzó un máximo de aproximadamente 437 miligramos de tinte por gramo de sólido, mientras que MSC800 llegó a unos 313 miligramos por gramo. La captación fue rápida, alcanzando el equilibrio en alrededor de una hora para MSC600 y un poco más para MSC800. El análisis de cómo cambiaba la concentración del tinte con el tiempo y la temperatura indicó que el proceso era de naturaleza física más que química, ocurría de forma espontánea y liberaba calor. De forma importante, el tinte podía eliminarse casi por completo usando ácido, lo que permitía reutilizar los sólidos varias veces con solo una disminución moderada en el rendimiento. También funcionaron bien en aguas residuales reales de laboratorio que contenían una mezcla de sales y otros iones, retirando aún la mayor parte del tinte añadido.

Qué significa esto para aguas más limpias

Para un público no especialista, la conclusión principal es que los autores han diseñado «esponjas» diminutas y reutilizables que pueden capturar un tinte rojo problemático del agua mucho más eficazmente que muchos materiales existentes. Al ajustar cuidadosamente cómo se mezclan los componentes cerámicos y de carbono y la temperatura de procesamiento, crearon superficies que atraen fuertemente al tinte, se saturan con rapidez y luego pueden limpiarse y volver a usarse. Aunque estas pruebas se hicieron con basic red 9, los mismos principios de diseño podrían adaptarse a otros tintes y contaminantes. Este tipo de herramienta de limpieza simple y eficiente podría integrarse en sistemas de tratamiento prácticos para aguas residuales industriales y de laboratorio, ayudando a mantener ríos y aguas subterráneas más limpias y seguras, y más alineadas con los objetivos globales de acceso a agua potable y saneamiento.

Cita: Al-Kadhi, N.S., Aljlil, S.A., Basha, M.T. et al. Efficient elimination of basic red 9 from wastewater using ceramic metal oxides containing carbon as novel nanohybrids. Sci Rep 16, 12235 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47555-x

Palabras clave: eliminación de colorantes en aguas residuales, nanomateriales adsorbentes, híbridos cerámico-carbono, basic red 9, purificación del agua