El Laboratorio de Superficies y Adsorción (SURFACE) está dedicado al estudio fundamental y aplicado de las interacciones entre fases sólidas y fluidas, con especial énfasis en los procesos de adsorción, biosorción, sorción e intercambio iónico.

En este espacio se diseñan, sintetizan, caracterizan y evalúan materiales avanzados con propiedades específicas para la remoción de contaminantes, la purificación de efluentes, la recuperación selectiva de elementos de interés, la adsorción de polisulfuros en baterías de litio-azufre y otras aplicaciones relacionadas con los procesos de separación sólido–líquido y sólido–gas.

Las actividades de SURFACE integran técnicas de caracterización fisicoquímica de superficie —como adsorción de gases, determinación de área BET, análisis de grupos funcionales, potencial zeta y estudios de cinética y equilibrio de adsorción, entre otros— con el desarrollo de modelos que describen los fenómenos interfaciales a nivel práctico.

El laboratorio constituye un nodo estratégico de investigación e innovación en materiales adsorbentes y fenómenos interfaciales, contribuyendo al desarrollo de soluciones sostenibles en los ámbitos ambiental, energético e industrial.

CASOS DE ESTUDIO

Remoción de arsénico de agua para consumo humano

El arsénico presente en aguas superficiales y subterráneas constituye un problema grave de salud pública en el norte de México. Se estima que millones de personas se encuentran en riesgo debido al consumo crónico de agua contaminada con este metaloide. Dado que el arsénico es incoloro, inodoro e insípido, su detección y remoción hasta concentraciones seguras representa un reto técnico significativo. En el laboratorio SURFACE se desarrollan materiales adsorbentes a partir de diversas fuentes, modificados con nanopartículas de hierro, diseñados para su aplicación en columnas de adsorción, logrando una remoción eficiente del arsénico y contribuyendo así a garantizar la calidad del agua.

Remoción de compuestos tóxicos industriales de fase gas

Diversos sectores industriales generan compuestos tóxicos industriales (TICs, por sus siglas en inglés) como parte inherente de sus procesos productivos. Ejemplos de estos gases incluyen los óxidos de nitrógeno (NOx), amonia (NH3), sulfuro de hidrógeno (H2S), ácido sulfúrico (H2SO4), dióxido de azufre (SO2), cloro, etc. Debido a su elevada toxicidad y a las concentraciones en las que pueden liberarse, estos compuestos deben ser mitigados mediante distintas tecnologías de control, incluyendo procesos de adsorción. En SURFACE, una de las líneas de investigación se centra en el desarrollo de nuevos materiales adsorbentes de bajo impacto ambiental para la remoción eficiente de TICs.

Destrucción de agentes supertóxicos de fase vapor mediante materiales avanzados

Mediante un proceso conocido como adsorción reactiva, un contaminante peligroso puede ser retenido en la superficie de un material y, de manera simultánea, reaccionar químicamente con ella. Como resultado, el contaminante deja de existir como especie original y se transforma en compuestos de menor toxicidad. A diferencia de la catálisis convencional, en la adsorción reactiva la superficie del material participa activamente en la reacción de descontaminación. La clave para lograr una adsorción reactiva eficiente radica en la modificación controlada de la superficie. En particular, la incorporación de pequeñas cantidades de óxido de grafeno en óxidos metálicos ha permitido alcanzar una alta reactividad, capaz de detoxificar compuestos extremadamente peligrosos, como el clorofosfato de dimetilo y el sulfuro de etil-2-cloroetilo.

Diseño de materiales a partir de residuos y con menor impacto ambiental

Los principios de la economía circular promueven la valorización de los residuos para su reincorporación al ciclo económico, tratándolos funcionalmente como materias primas secundarias. Bajo este enfoque, diversos residuos de origen agroindustrial e industrial pueden transformarse en materiales con aplicaciones en procesos de descontaminación ambiental, lo que genera un doble beneficio ambiental: la gestión sostenible de residuos y la mitigación de contaminantes. Este enfoque, conocido como “remoción de residuos con residuos”, ha dado lugar a desarrollos destacados, entre los que se incluyen:

• • La transformación de residuos de la industria de la curtiduría en carbones activados modificados con nanopartículas para la remoción de colorantes en solución acuosa (10.1007/s13201-022-01734-z).
• • La síntesis de compuestos híbridos a partir de residuos de la industria camaronera, particularmente quitina y quitosano.
  La revalorización de residuos del procesamiento del coque como soportes para fotocatalizadores (10.1007/s12649-021-01585-w).

• • La obtención de agentes recurtientes a partir de residuos industriales para su reutilización en la producción de piel (10.1007/s13399-023-04014-1).
• • La síntesis de fotocatalizadores libres de metales empleando carbones derivados de residuos de la industria tequilera (10.1016/j.scenv.2024.100084).

Diseño de materiales de carbono para su uso como celdas de baterías de litio-azufre

Una de las químicas emergentes más promisorias para el almacenamiento electroquímico de energía es la de las baterías de litio-azufre (Li–S). No obstante, una de sus principales limitaciones es la formación y migración de polisulfuros de litio durante los ciclos de carga y descarga, fenómeno que conduce a la pérdida de material activo y a una rápida degradación del desempeño electroquímico. Una estrategia efectiva para mitigar este efecto consiste en soportar el azufre en materiales de carbono, lo que permite la adsorción de los polisulfuros y favorece su posterior reducción electroquímica, evitando su disolución y desprendimiento del cátodo. En SURFACE se diseñan y optimizan materiales con alta afinidad por los polisulfuros, con el objetivo de incrementar la estabilidad y el tiempo de vida útil de las baterías de litio-azufre.