Las membranas poliméricas, actualmente son unos de los materiales más versátiles para la separación de contaminantes en aguas residuales, son económicas, fáciles de elaborar y amigables con el ambiente. Se define como una barrera selectiva cuya función es restringir el paso de ciertas sustancias no deseadas. En otras palabras, una membrana polimérica funciona de manera similar a un colador de cocina, en donde al cocinar pasta se puede separar la parte sólida de su salmuera de cocción (líquido), empleando un colador (membrana). Las sustancias no deseadas presentes en el agua que provocan daños ambientales y a la salud humana, son consideradas contaminantes.

1. Revista - Divulgación de Ciencia y Educación
Enero – Abril 2024, Vol. 2, No. 1
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Membranas nanoestructuradas para el tratamiento
de aguas
Raúl Castellanos-Espinoza,1
Minerva Guerra-Balcázar,2
Beatriz Liliana España-Sánchez 3
¿Qué es una membrana polimérica?
Las membranas poliméricas, actualmente son unos
de los materiales más versátiles para la separación
de contaminantes en aguas residuales, son
económicas, fáciles de elaborar y amigables con el
ambiente. Se define como una barrera selectiva
cuya función es restringir el paso de ciertas
sustancias no deseadas. En otras palabras, una
membrana polimérica funciona de manera similar
a un colador de cocina, en donde al cocinar pasta
se puede separar la parte sólida de su salmuera de
cocción (líquido), empleando un colador
(membrana). Las sustancias no deseadas presentes
en el agua que provocan daños ambientales y a la
salud humana, son consideradas contaminantes.
Estos poseen diferentes características tanto en su
tamaño, forma o carga superficial.
El uso de membranas poliméricas permite separar
y remover una gran variedad de contaminantes del
agua, tal como se observa en la Figura 1, donde la
retención de contaminantes y la permeabilidad
(paso a través de membrana) del agua, dependen
de las características de cada material.
Figura 1. Uso de membranas poliméricas para la
separación de contaminantes.
Clasificación de las membranas para el
tratamiento de agua
Los procesos para llevar a cabo el tratamiento de
aguas residuales, se clasifican de acuerdo al
tamaño de poro de la membrana y la fuerza
aplicada para separar los contaminantes de
acuerdo a su tamaño y peso. Estos procesos se
clasifican en microfiltración, ultrafiltración,
nanofiltración y ósmosis inversa. En la
microfiltración el tamaño de poro de la membrana
varía entre 100-10000 nanómetros (nm), permitiendo
separar sólidos suspendidos y microorganismos
como bacterias y hongos. El tamaño de poro en la
ultrafiltración varía entre 2-100 nm y puede separar
macromoléculas, proteínas y polisacáridos
(azúcares como; el almidón, celulosa y glucógeno);
mientras que, en la nanofiltración, el tamaño de
poro es de 0,5 nm a 2 nm, con la capacidad de
separar moléculas pequeñas como glucosa o
lactosa. Finalmente, tenemos la ósmosis inversa, en
donde se tiene un tamaño de poro menor a 0.5 nm,
donde es posible separar sales disueltas y
partículas muy pequeñas, que no pueden verse a
simple vista. En la Figura 2, se presenta un esquema
representativo de los diferentes procesos de
separación.
Figura 2. Procesos de separación en el tratamiento
de aguas contaminadas.
El uso de nanomateriales incrustados en las
membranas poliméricas incrementa las
propiedades en el tratamiento de aguas, haciendo
más eficientes los procesos de separación.

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¿Y qué es un nanomaterial?
Las propiedades de los materiales dependen del
tamaño de partícula, estas cambian notablemente
cuando presentan un tamaño en la escala
nanométrica. Un nanómetro (nm) es la
milmillonésima parte de un metro (1*10-9 metros),
para que un material se le considere nano, una de
sus dimensiones (tamaño) debe medir menos de 100
nm, es decir, hasta 100 mil veces menor que el
diámetro del cabello humano. Recientemente, los
nanomateriales han generado un gran interés
científico e industrial debido a sus múltiples
características. Una de sus propiedades
destacadas es su gran área superficial, ya que
permite que tengan mayor contacto con los
contaminantes presentes en el agua, aumentando
su eficiencia durante el proceso de separación.
Uso de nanomateriales en las
membranas poliméricas
La incorporación de nanomateriales en
membranas poliméricas ha repercutido en la
mejora de sus propiedades intrínsecas,
particularmente en la selectividad durante la
separación de contaminantes, incremento de su
estabilidad mecánica, morfología (forma de la
membrana), permeabilidad de agua y flujos de
trabajo. Algunos de los nanomateriales empleados
en la incorporación de las membranas poliméricas
son el óxido de zinc (ZnO), dióxido de titanio (TiO2),
además de nanomateriales a base de carbono
como los nanotubos de carbono (CNT) y el óxido de
grafeno (GO). Un ejemplo de la incorporación de
nanomateriales en polímeros se esquematiza en la
Figura 3.
Los nanomateriales incrustados en las
membranas poliméricas se han utilizado en todos
los procesos de tratamiento de aguas residuales,
que van desde la ultrafiltración hasta la ósmosis
inversa.
Figura 3. Esquema representativo de la fabricación
de nanocompuestos poliméricos a partir de
nanomateriales.
El óxido de zinc (ZnO) se ha incorporado en las
membranas para eliminar bacterias, el dióxido de
titanio (TiO2) para degradar colorantes, los
nanotubos de carbono para remover virus y el
óxido de grafeno en la eliminación de sales, esto
quiere decir que, al incorporar óxido de grafeno
(GO) a una matriz polimérica, se pueden remover
sales del agua de mar, haciendo el agua apta para
el consumo humano. En particular, la actividad
antimicrobiana del ZnO es atribuida a la
generación de especies reactivas de oxígeno (ROS)
y la liberación de iones Zn2+, los cuales se acumulan
en la pared celular y ocasionan daños irreversibles
por contacto con los microorganismos. En el caso
del TiO2, su capacidad fotocatalítica al contacto
con la luz ultravioleta genera radicales hidroxilos
(OH-) altamente oxidantes, los cuales tienden a
degradar contaminantes, particularmente
colorantes. Mientras que los nanotubos de
carbono, han mostrado alta afinidad hacia las
proteínas de ciertos virus (VIH), ocasionando su
inactivación; mientras que, para el GO, la retención
de sales y la permeabilidad del agua es atribuida a
la carga electrostática del material generada por
los grupos oxigenados de su superficie. La
combinación de dichos fenómenos da como
resultado la obtención de membranas
nanoestructuradas que mejoran el desempeño del
material y alargan su vida media.
Conclusiones
Como conclusión, el desarrollo de membranas con
la incorporación de nanomateriales, ha marcado la

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pauta en la obtención de materiales poliméricos
multifuncionales, ya que otorgan mejores
propiedades a las membranas, dando la
posibilidad de establecer procesos de separación
de contaminantes más eficientes, a menores
tiempos, sin representar daño al medio ambiente.
Palabras clave: membranas de separación;
tratamiento de aguas residuales; contaminantes;
nanomateriales.
1 Raúl Castellanos-Espinoza: Investigador en el área
de membranas poliméricas con la incorporación de
materiales de carbono, para su aplicación en el
tratamiento de aguas residuales. Actualmente es
estudiante de posdoctorado incorporado a la UAQ
(Universidad Autónoma de Querétaro).
Contacto: raul_910123@hotmail.com
2
Minerva Guerra-Balcázar: Investigadora
especializada en la síntesis de nanopartículas por
métodos hidrotermales y sonoquímicos, para su
aplicación en almacenamiento de energía,
sensores, catalizadores y tratamiento de aguas
residuales. Actualmente es investigadora del
departamento de nanotecnología de la UAQ.
Contacto: minbalca@yahoo.com.mx
3 Beatriz Liliana España-Sánchez: Especialista en el
diseño de nanocompuestos poliméricos
(membranas) por la técnica de electrohilado e
inversión de fases, con aplicaciones
antimicrobianas, antivirales y en la remoción de
contaminantes orgánicos, como colorantes
azoicos. Actualmente se desempeña como
investigadora del área de la salud de CIDETEQ
(Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico
en Electroquímica). Contacto: lespana@cideteq.mx
Agradecimientos
Los autores otorgan un agradecimiento a las
instituciones de las cuales forman parte (CIDETEQ,
UAQ y CONAHCYT). También se otorga un
agradecimiento especial a la revista Redicye y sus
editores, por el esfuerzo que hacen en transmitir el
conocimiento científico al público en general.
Lecturas recomendadas
España-Sánchez BL. (2021). Diseño de
nanomateriales antimicrobianos: El futuro en el
combate de infecciones microbianas. Crónica.
https://www.cronica.com.mx/academia/diseno-
nanomateriales-antimicrobianos-futuro-
combate-infecciones-microbianas.html.
Grueso-Domínguez, María, Castro-Jiménez, Camilo,
Correa-Ochoa, Mauricio, y Saldamaga-Molina,
Julio. (2019). Estado del arte: desalinización
mediante tecnologías de membrana como
alternativa frente al problema de escasez de agua
dulce. Revista Ingenierías Universidad de Medellín,
18(35), 69-89.
https://doi.org/10.22395/rium.v18n35a5.
López-Amador A, Gutiérrez-Ortega A, España-
Sánchez BL. (2023). El carbono: ¿fuente de
fabricación de materiales antimicrobianos?
Revista Ciencia y Naturaleza 01 (1020): 00-00.
https://www.revistacyn.com/pub/id1020.
Pérez-Esteve, Édgar, Petermann-Rocha, Fanny,
Troncoso-Pantoja, Claudia, Nava-González, Edna
J, Gamero, Amparo, Fernández-Villa, Tania,
Camacho-López, Saby, Kammar-García, Ashuin,
Lozano-Lorca, Macarena, Bonilla, Diego A, &
Navarrete-Muñoz, Eva María. (2022). ¿Y si la
nutrición se vuelve nano? Implicaciones para los
profesionales de la nutrición. Revista Española de
Nutrición Humana y Dietética, 26(2), 92-94.
https://dx.doi.org/10.14306/renhyd.26.2.1707.
Recibido: febrero 09 de 2024
Aceptado: marzo 16 de 2024
Publicado: mayo 10 de 2024