Estudio del papel de los microplásticos de poliestireno expandido (ePS) como vectores de transporte de compuestos nitrogenados en el proceso de eutrofización

Abstract

Este trabajo se enfoca en el estudio de las interacciones entre microplásticos de poliestireno expandido (ePS) y contaminantes nitrogenados, particularmente el ion amonio (NH4+), en ambientes acuáticos propensos a eutrofización. Para ello se realizaron procesos de oxidación y envejecimiento de MP de ePS mediante exposición a radiación ultravioleta (UV) y luz solar, con la finalidad de evaluar los cambios físicos, químicos y morfológicos sobre el ePS y su posible acción como vector de transporte para contaminantes nitrogenados en cuerpos de agua. Para llevar a cabo este estudio el ePS fue sometido a un proceso controlado de oxidación mediante radiación UV y luz solar, con tiempos de exposición de 5, 15, 30, 45, 60, 75 y 90 días. La caracterización química del ePS antes y después de la oxidación se realizó mediante espectroscopia FTIR, donde los resultados obtenidos demostraron la aparición de nuevas bandas en los espectros correspondiente a varios derivados de grupos carbonilo como cetonas alifáticas, aldehídos conjugados, ácidos carboxílicos, cetonas saturadas y ácidos carboxílicos conjugados. Además, se calculó el índice de carbonilo (IC) como una medida cuantitativa referencial de la oxidación. También, se evaluó la capacidad de adsorción de NH4+ mediante ensayos de cinética de adsorción. Sabiendo que el volumen y área superficial de los MP son factores fundamentales para los procesos de adsorción, se realizaron estudios morfológicos empleando microscopia óptica, donde se observó como la superficie de los MP, se envejecía, provocando microgrietas y la ruptura de las celdas características del ePS. Finalmente, se realizaron simulaciones de química computacional para modelar las posibles interacciones moleculares entre el PS oxidado y el ion NH4+. Los resultados demostraron que la oxidación del ePS provoca un aumento significativo en la capacidad de adsorción de NH4+, en el caso del ePS sin oxidar, la adsorción fue de 19,35 mg/g; sin embargo, las muestras oxidadas presentaron un incremento notable en la capacidad de adsorción, alcanzando valores máximos de 273,16 mg/g después de 90 días de exposición al sol. El análisis FTIR mostró la aparición de bandas de carbonilo entre los 1750 cm⁻¹ y 1680 cm⁻¹, indicando la formación de grupos carbonilo de cetonas, aldehídos y ácidos carboxílicos. Estos grupos facilitaron interacciones electrostáticas con el ion NH4+ y su retención en la superficie del MP. La capacidad que poseen los MP de ePS de adsorber NH4+ los convierten en un vector de transporte para este tipo de compuestos pudiendo desplazarse de un lugar contaminado a otro libre de actividades antropogénicas y así, promover el incremento de esta especie causante de los procesos de eutrofización.