El catalizador descompone las drogas que contaminan el agua.

Los investigadores descubrieron que un proceso respetuoso con el medio ambiente degrada eficazmente varios antibióticos y otros fármacos que se encuentran en las aguas residuales municipales secundarias y en el agua contaminada de ríos y lagos.

Los medicamentos son representativos de los cientos de microcontaminantes químicos preocupantes que se encuentran globalmente en las aguas residuales, así como en los ríos y arroyos que suministran agua potable.

«Este trabajo presenta una solución de bajo coste, ampliamente aplicable, segura y sostenible para la purificación de aguas contaminadas con productos farmacéuticos utilizando una concentración extremadamente baja de catalizador y peróxido», afirma Terry Collins, profesor de química verde y director del Instituto de Química Verde. Ciencias en la Universidad Carnegie Mellon.

Los resultados en la revista. ACS Química e Ingeniería Sostenible muestran que un catalizador TAML de próxima generación exhibe una eficacia sin precedentes en la activación del peróxido de hidrógeno (H₂Oh₂) en concentraciones ultrabajas. Debido a una peculiaridad del catalizador (dura más y realiza más trabajo a medida que se reduce su concentración), las cantidades de TAML y H₂Oh₂ Como consecuencia, los costos necesarios para ejecutar todo el proceso pueden eliminarse sustancialmente, lo que en última instancia reducirá los costos operativos.

«Cuando se combinan aspectos técnicos con costos y desempeño ambiental, nuestra innovación puede proporcionar una solución eficaz, asequible y versátil para eliminar microcontaminantes del agua», afirma Collins.

Los investigadores evaluaron la capacidad del TAML de próxima generación, llamado NewTAML, para degradar seis medicamentos de gran preocupación (cuatro antibióticos comunes, un estrógeno sintético y un medicamento antiinflamatorio no esteroideo), primero en agua de laboratorio combinado con medicamentos, y luego en condiciones más reales, incluso en aguas residuales municipales secundarias y agua de ríos y lagos.

Según el Servicio Geológico de Estados Unidos, muchos de los más de 4.000 medicamentos recetados que se utilizan para la salud humana y animal terminan finalmente en el medio ambiente. En las últimas décadas, los científicos han encontrado una amplia variedad de productos farmacéuticos en vías fluviales naturales.

Los medicamentos, que se eliminan o se tiran al inodoro porque están caducados o sin usar, pueden colarse en los procesos de depuración en las depuradoras y contaminar las aguas receptoras.

La exposición prolongada a estos y otros microcontaminantes puede afectar negativamente, a menudo gravemente, la salud y el comportamiento de la vida silvestre, incluidos insectos, peces, aves y más.

Los métodos convencionales de tratamiento de aguas residuales no eliminan por completo estos microcontaminantes. Y los procesos más nuevos y avanzados de tratamiento de aguas residuales, incluida la ozonización y la sorción sobre carbón activado, son costosos de implementar y mantener, lo que limita su utilidad fuera de las ciudades grandes y ricas. Collins dice que anticipa que el método TAML/peróxido podría llenar el vacío.

«Lo que más me entusiasma ahora es que TAML/peróxido es mucho más fácil de aplicar que cualquier otra cosa que exista», dice Collins.

“Todo lo que hay que hacer es mezclar soluciones de TAML ultradiluido y peróxido muy diluido en aguas contaminadas con medicamentos y esperar hasta que ya no se puedan detectar los ingredientes farmacéuticos activos. Todo el proceso lleva de minutos a horas dependiendo de la cantidad de TAML y peróxido que agregues, siempre en concentraciones muy bajas».

Los catalizadores TAML son réplicas miniaturizadas y bioinspiradas de enzimas peroxidasas naturales. Desarrollados iterativamente durante décadas por Collins e investigadores del Instituto de Ciencias Verdes de Carnegie Mellon, los catalizadores han logrado rendimientos técnicos impresionantes en la eliminación de microcontaminantes de las aguas residuales urbanas. NewTAML reemplaza las versiones anteriores.

En pruebas de laboratorio, el estudiante de doctorado en química Xiaowei Ma descubrió que una pequeña cantidad de NewTAML y una pequeña cantidad de peróxido de hidrógeno degradaban los seis fármacos, ya sea individualmente o en una mezcla. Después de seis horas de tratamiento en las condiciones prescritas, cinco de los fármacos no pudieron detectarse y uno, la ciprofloxacina, se degradó en un 95,4%. Todas las drogas enriquecidas comenzaron en concentraciones mucho más altas que las que normalmente se encuentran en las aguas residuales.

«Nuestro trabajo muestra que cantidades infinitesimales de TAML y cantidades muy pequeñas de peróxido eliminan fácilmente ingredientes farmacéuticos representativos de las aguas residuales municipales, fluviales y de laboratorio con aproximadamente la misma eficacia, lo que abre la posibilidad de tratar no sólo las aguas residuales urbanas sino también las aguas ambientales», afirmó Ma. dice.

El siguiente paso de los investigadores es avanzar en las pruebas de campo. Collins ha patentado las versiones más avanzadas de los catalizadores y la propiedad intelectual está otorgada bajo licencia a Sudoc, una nueva empresa que trabaja para llevar al mercado soluciones basadas en TAML. Sudoc, Inc. Recientemente recaudó 20 millones de dólares en capital de varios inversores para, entre otras cosas, ayudar a lanzar su sistema TAML/peróxido en el mercado europeo de tratamiento de agua.

Estudios anteriores con TAML han demostrado su enorme potencial para proporcionar alternativas más limpias, seguras y efectivas a las prácticas industriales y comerciales existentes y para proporcionar formas de remediar otros problemas ambientales apremiantes que actualmente no tienen solución.

Fuente: Amy Pavlak Laird para la Universidad Carnegie Mellon