Optimizan materiales para remover fluoruros y sulfuros
Por Amelia Gutiérrez Solís
Colima, Colima. 19 de septiembre de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- Con la finalidad de optimizar materiales absorbentes en procesos de descontaminación ambiental, las investigadoras Cintia Karina Rojas Mayorga y Gloria Ivone Dávila Pulido proponen nuevas alternativas de tratamiento para la remoción de fluoruros y sulfuros del agua.
La doctoranda en ciencias de la ingeniería por el Instituto Tecnológico de Aguascalientes (ITA) —el cual forma parte del Tecnológico Nacional de México (Tecnm)—, Cintia Karina Rojas Mayorga, en conjunto con el doctor Adrián Bonilla-Petriciolet, miembro nivel II del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), desarrolló el proyecto de investigación Optimización de las condiciones de síntesis y propiedades de adsorción del carbón de hueso para procesos de defluoración del agua.
Dra. Cintia Karina Rojas Mayorga.“La contaminación por fluoruros es un problema ambiental y de salud pública que aqueja a diversas regiones del mundo, y México se encuentra dentro de ellas, principalmente las entidades federativas del centro y norte de la república como Querétaro, Guanajuato, Aguascalientes, Zacatecas y San Luis Potosí, en donde un gran porcentaje de las fuentes de abastecimiento de agua para uso y consumo humano tiene concentraciones de fluoruro superiores a 1.5 miligramos por litro (mg/l), que es el límite máximo permisible por la Normatividad Oficial Mexicana NOM-127-SSA1-1994”, explicó la también profesora investigadora de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad de Colima (Ucol).
Indicó que esta problemática se ha presentado desde hace varias décadas, pero no se ha tenido documentación suficiente ni la importancia adecuada a esta situación.
“El consumo de agua con un alto contenido de fluoruros, así como la exposición crónica y prolongada a este contaminante es un riesgo a la salud pública, ya que las personas expuestas, sobre todo a edades tempranas cuando se desarrollan los dientes y huesos, pueden presentar problemas como fluorosis dental, que es el moteado en los dientes, y fluorosis esqueletal, la cual es la deformación del sistema óseo, y estos son problemas irreversibles”, señaló la investigadora.
La investigación consistió en evaluar la problemática de fluoruros en el estado de Aguascalientes y buscar un material absorbente optimizando sus propiedades para emplearlo en procesos de adsorción de fluoruros, para en un futuro emplearse en fuentes de abastecimiento de agua para consumo humano.
El carbón de hueso es un material que se obtiene a partir de los huesos de origen animal, es un adsorbente de bajo costo compuesto principalmente por hidroxiapatita en 70 por ciento, carbón y calcita.
Rojas Mayorga, en conjunto con el grupo de investigación del doctor Bonilla-Petriciolet, comprobó que se puede sintetizar un carbón de hueso con propiedades atractivas para procesos de defluoración del agua, el cual supera en 63 por ciento los carbones comerciales en mercado nacional.
“Se realizó una optimización con base en la capacidad de adsorción de fluoruros, como variable de respuesta, evaluando las variables de síntesis como la atmósfera, la temperatura del proceso y el tiempo, las cuales confieren ciertas características y la calidad a un adsorbente, en este caso el carbón de hueso”, comentó durante la entrevista con la Agencia Informativa Conacyt.
Dijo que el problema es que se carece de un proceso de síntesis estandarizado y optimizado para la producción del carbón de hueso con propiedades específicas para la remoción de fluoruros del agua.
Por ello, Rojas Mayorga buscó nuevas alternativas para la síntesis de este adsorbente y de su modificación superficial para incrementar su capacidad de adsorción, logrando reducir costos en este proceso.
La contaminación del agua con fluoruros se debe principalmente a causas naturales, pero también hay polución por fuentes antropogénicas e industriales, recalcó la investigadora. En el caso de Colima, no se tiene documentada la problemática por fluoruros; sin embargo, que no se tenga documentado no asegura que no estén presentes ciertos contaminantes en el agua. Para ello, se tendrían que evaluar las fuentes de abastecimiento de agua y el tipo de contaminantes que están presentes y con base en eso desarrollar adsorbentes selectivos y de bajo costo; también es importante optimizar sus propiedades de adsorción para reducir los costos de operación.
Dra. Gloria Ivone Dávila Pulido.“Los procesos de descontaminación son diversos, en mi caso trabajo la adsorción en fase líquida, pero en el grupo de investigación también se trabaja con fase gas, por ejemplo adsorción de monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2) y compuestos orgánicos volátiles (VOC, por sus siglas en inglés), entre otros contaminantes. El ingeniero químico puede estudiar y evaluar muchos procesos y eso es lo interesante”.
Remoción de sulfato de calcio
La doctora en ingeniería metalúrgica y cerámica por el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), unidad Saltillo, Gloria Ivone Dávila Pulido llevó a cabo la investigación Remoción de sulfato de calcio (CaSO4)de aguas industriales empleando aluminatos de calcio.
“En este tema es muy importante la calidad del agua, en la cual se lleva a cabo la recuperación de los minerales de interés, ya que dependiendo de esto reaccionan de una manera o de otra, dado que al acumularse las especies iónicas en el agua empiezan a perjudicar la recuperación de los minerales”, explicó la profesora investigadora de la Escuela Superior de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Coahuila (Uadec), quien participó en la XXXIII Semana del Químico de la Facultad de Ciencias Químicas de la Ucol.
“La investigación está orientada a proponer una alternativa al tratamiento, a las que se encuentran disponibles actualmente, haciendo uso de un cemento compuesto principalmente por aluminato cálcico, el cual es una opción económica y eficiente para lograr la remoción de sulfato de calcio de las aguas del proceso de flotación y, de esta manera, reducir la cantidad de agua de pozo que requiere el proceso de flotación”, detalló la investigadora.
Dávila Pulido señaló que el agua del proceso es una mezcla de aguas recicladas y agua fresca y lo que se busca es reducir la cantidad de agua fresca que se requiere en el sistema, que es un circuito cerrado, por lo que toda el agua que entra se recircula completamente, excepto la que se pierde en los concentrados y por evaporación.
“La finalidad, además de reducir la cantidad de agua fresca empleada, es hacer más eficiente el proceso de recuperación de minerales como el sulfuro de plomo (PbS) y el sulfuro de zinc (ZnS), principalmente”, expuso.
Mencionó que en la investigación, que se encuentra en la primera fase de desarrollo, usan soluciones sintéticas que presentan una composición química similar a las aguas de proceso, alrededor de 0.016 moles por litro (mol/l) de CaSO4. Dicha solución se pone en contacto con cierta cantidad de cal y óxido de calcio (CaO) para obtener un pH alcalino. Posteriormente, se adiciona un cemento base aluminato y empieza el tiempo de reacción para la formación de una especie sólida conocida como etringita, la cual es un sulfoaluminato cálcico hidratado, que incorpora iones de calcio y sulfato a su estructura, reduciendo de esta manera la concentración de CaSO4 de las aguas tratadas.
Durante el desarrollo del estudio se utilizaron técnicas de turbidimetría y complejación con EDTA (sal disódica del ácido etilendiaminotetraacético) para la cuantificación de Ca2+ y SO42- en las soluciones finales. Mientras que durante el transcurso de la reacción se monitoreó in situ la concentración de Ca y la conductividad eléctrica de la solución. La caracterización de los sólidos se llevó a cabo mediante microscopía electrónica de barrido, difracción de rayos X y espectroscopía de fluorescencia de rayos X.
“Hasta el momento hemos tenido buenos resultados a nivel de laboratorio, pero en un futuro se pretende trabajar con aguas industriales, y así poder evaluar todas las propiedades que este sólido precipitado pueda llegar a tener, e incluso, se le va a buscar alguna aplicación a este sólido formado llamado etringita”, explicó.
Entre las conclusiones de la investigación, Dávila Pulido afirmó que es posible remover el sulfato de calcio presente en soluciones acuosas saturadas mediante el empleo de cementos base aluminato de calcio bajo condiciones alcalinas.
La remoción de sulfato de calcio requiere del empleo de una solución alcalina de pH 12, la cual se obtiene adicionando alrededor de 0.75 gramos de CaO por litro, previo a la adición del cemento.
Explicó que la fase aluminato de calcio más reactiva es el aluminato monocálcico (CaO•AI2O3), por lo que es deseable que su concentración en el cemento a emplear sea lo más alta posible. En contraposición, fases tales como el dialuminato monocálcico (Grossita: CaO•2AI2O3) y la alúmina (AI2O3) son indeseables, dada su baja o nula solubilidad.
“Las concentraciones de calcio y sulfato en equilibrio con el sólido precipitado son de alrededor 180 y 100 miligramos por litro, respectivamente, lo que hace que este tratamiento sea capaz de producir agua tratada susceptible de ser reutilizada en el proceso de flotación de sulfuros sin afectar significativamente la selectividad y efectividad del proceso”, aseguró.
Este trabajo inició en 2010 como parte de su tesis doctoral, en donde se demostró que la presencia de estas especies iónicas (Ca2+ y SO42-) tiene un efecto muy importante sobre la recuperación selectiva de especies como la galena (PbS) y la esfalerita (ZnS). Sin embargo, esta nueva etapa es una colaboración entre el Cinvestav, unidad Saltillo, y la Escuela Superior de Ingeniería de la Uadec.
El equipo de trabajo lo encabeza el doctor en ciencias por la Universidad McGill, Alejandro Uribe Salas, investigador titular del Cinvestav Saltillo, en donde actualmente continúan el estudio con el desarrollo de una tesis doctoral, en la cual Dávila Pulido es codirectora, dos tesis de maestría y una de licenciatura.
Por último, la experta en ingeniería metalúrgica y cerámica se pronunció por concretar un convenio de colaboración entre los cuerpos académicos de las universidades de Coahuila y Colima para desarrollar este tipo de investigaciones.
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Dra. Cintia Karina Rojas Mayorga |
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