Síntesis y evaluación de nuevos nanocompuestos para la eliminación de iones de zinc de soluciones acuosas

Por qué es importante limpiar los metales del agua

Muchas fábricas y productos de uso cotidiano liberan trazas de metales en ríos y aguas residuales. El zinc es uno de esos metales: nuestro cuerpo necesita cantidades mínimas, pero en dosis más elevadas puede dañar peces, plantas y personas. Este estudio explora un material nuevo y relativamente simple que puede extraer el exceso de zinc del agua, ayudando a que las plantas de tratamiento sean más eficaces y económicas.

Una nueva esponja para metales en el agua

Los investigadores crearon partículas sólidas diminutas que actúan como esponjas para iones de zinc en el agua. Estas partículas son una mezcla de carbonato de bario, aluminato de bario y una pequeña cantidad de carbono, todo fusionado en un nanocompuesto. Usando una receta química sencilla conocida como el proceso sol–gel de Pechini, calentaron el material a 600 °C o 800 °C, obteniendo dos versiones llamadas BA600 y BA800. Ambas se analizaron cuidadosamente con difracción de rayos X y microscopios electrónicos para revelar qué cristales se formaron, el tamaño de las partículas y cómo estaba organizada su superficie.

Cómo la estructura condiciona el rendimiento

Los dos nanocompuestos mostraron estructuras internas y texturas diferentes. BA600 presentó cristales más pequeños, mayor área superficial y más volumen de poros, mientras que BA800 tuvo granos más grandes y bien formados pero menos poros accesibles. Dado que la eliminación del zinc ocurre cuando los iones se adhieren a sitios activos de la superficie, estas diferencias importaron. Las pruebas mostraron que BA600 podía adsorber hasta aproximadamente 124 miligramos de zinc por gramo de material, mientras que BA800 alcanzó alrededor de 91 miligramos por gramo. Las mediciones del equipo indicaron que el zinc no quedaba simplemente en la superficie de forma débil; en su lugar, formaba enlaces más fuertes, de carácter químico, con grupos ricos en oxígeno de las partículas.

Encontrar el punto óptimo para eliminar zinc

Para entender cómo usar mejor el nuevo material, los científicos variaron condiciones como la acidez, el tiempo de contacto, la temperatura y la dosis. La eliminación de zinc mejoró considerablemente al aumentar el pH del agua de muy ácido hacia neutro, estabilizándose alrededor de pH 6, antes de que el zinc comenzara a formar hidróxidos sólidos. BA600 removió zinc más rápido que BA800, alcanzando un rendimiento estable en aproximadamente una hora frente a 80 minutos. Temperaturas más bajas favorecieron la remoción, lo que muestra que el proceso libera calor y funciona mejor en aguas más frías. Cuando los investigadores modelaron cómo el zinc cubría la superficie, el comportamiento coincidió con una sola capa uniforme de iones de zinc, consistente con sitios superficiales bien definidos que se llenan hasta la saturación.

Reutilización, aguas residuales reales y competencia

El equipo también investigó si el material seguiría funcionando en condiciones realistas. Las partículas cargadas con zinc se lavaron con ácido clorhídrico, que eliminó casi todo el zinc sin disolver el propio material. Tras cinco ciclos de uso y regeneración, BA600 mantuvo cerca del 70% de su eficiencia original de remoción, y BA800 retuvo alrededor del 45%, lo que indica una reutilización práctica. Cuando estaban presentes componentes comunes del agua como sodio, calcio o sulfato, la eliminación de zinc descendió ligeramente, mientras que otros metales como el cobre y el níquel compitieron con más fuerza. Aun así, BA600 se mantuvo como la opción más selectiva y robusta. En aguas residuales de laboratorio reales, que contienen muchas sales y materia orgánica, los materiales aún capturaron cantidades impresionantes de zinc, solo modestamente inferiores a las obtenidas en agua pura.

Qué significa esto para aguas más limpias

En conjunto, el estudio muestra que partículas multicomponente diseñadas con cuidado pueden capturar de forma eficiente el zinc de aguas contaminadas mediante una ruta de fabricación relativamente simple y controlable. Aunque algunos materiales de vanguardia pueden adsorber aún más zinc, este nuevo nanocompuesto BaCO3/BaAl2O4/C destaca por combinar buen rendimiento, síntesis sencilla y la capacidad de ser regenerado y reutilizado. En términos prácticos, BA600 en particular podría ayudar a futuros sistemas de tratamiento a eliminar niveles dañinos de zinc de efluentes industriales y residuos de laboratorio, reduciendo los riesgos para los ecosistemas y la salud pública.

Cita: Al-Kadhi, N.S., Aljlil, S.A., El-Feky, H.H. et al. Synthesis and evaluation of novel nanocomposites for removal of zinc ions from aqueous solutions. Sci Rep 16, 13889 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-51234-2

Palabras clave: eliminación de zinc, adsorbente nanocompuesto, tratamiento de aguas residuales, metales pesados, purificación del agua