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Adsorbed Layers of Natural Organic Macromolecules on Solid Substrates: Structure, Interactions, and Mechanisms of Growth

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Mejor comprensión de la adsorción en sistemas acuosos

Un grupo de investigadores se propuso aumentar la eficiencia de sistemas de ingeniería como las plantas de tratamiento de aguas residuales. La clave para conseguirlo era controlar la adsorción superficial de moléculas orgánicas de gran tamaño.

Cambio climático y medio ambiente

La adsorción se produce cuando las moléculas se adhieren o se unen a una superficie creando una película fina. El tipo de unión depende de la molécula de adsorbente y del sustrato, pero por lo general se produce por la acción de fuerzas físicas o químicas, o por atracción electrostática. La adsorción de moléculas orgánicas en superficies como las de los sistemas de purificación de agua basados en membranas puede afectar a la eficiencia de las membranas y promover su contaminación con microbios. Para limitar ese efecto en sistemas acuáticos, el proyecto financiado con fondos europeos ADSORPLAYERS (Adsorbed layers of natural organic macromolecules on solid substrates: Structure, interactions, and mechanisms of growth) se propuso determinar la manera en que las moléculas orgánicas de gran tamaño conocidas como polímeros se adsorben en distintas superficies. En el proyecto ADSORPLAYERS se estudió en primer lugar el mecanismo bien conocido de la atracción electrostática, por el que unos polímeros cargados denominados polielectrolitos se unen a una superficie con carga opuesta. Los investigadores encontraron que esa era la explicación de por qué el quitosán, un polímero basado en azúcares con carga positiva y muchos usos industriales y terapéuticos, se adsorbe sobre sustratos de sílice con carga negativa. De manera más intrigante, los investigadores descubrieron asimismo que el sulfonato de poliestireno, un polielectrolito con carga negativa y varios usos técnicos o médicos, se adsorbe también sobre una superficie de sílice con carga negativa en presencia de contraiones multivalentes. Eso representa una forma alternativa de adsorción de polielectrolitos en superficies con su misma carga. Un último mecanismo estudiado por los integrantes de ADSORPLAYERS implicaba la adsorción en ausencia de atracción electrostática. En ese caso, las moléculas se adsorbían de manera espontánea sobre las superficies en condiciones en que las fuerzas de atracción no electrostáticas superaban la barrera electrostática a la adsorción. Una vez conocidos los mecanismos, esas condiciones se pueden conseguir ajustando la química de la solución. Los investigadores de ADSORPLAYERS utilizaron ese conocimiento para elucidar en más detalle cómo se ven afectados por la adsorción distintos procesos con relevancia medioambiental, como la interacción de materia orgánica de origen húmico con los sistemas de purificación de agua o nanopartículas basadas en hierro diseñadas para descontaminar acuíferos. Los resultados de la investigación se han publicado en varias revistas científicas con comité de lectura y de gran prestigio. La aplicación de los resultados debería servir para aumentar la eficiencia de tecnologías de obtención de agua segura.

Palabras clave

Adsorción superficial, atracción electrostática, moléculas orgánicas, membrana, polímeros

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