Desarrollo de metodologías de bajo costo ambientalmente amigables para la remoción de cromo en agua.
El vertido constante de cromo (Cr) por diversas industrias, tales como la metalurgia, curtido de cuero, producción de pigmentos y preservantes para madera, es una preocupación ambiental y de salud. El Cr en su forma hexavalente (Cr(VI)) es altamente tóxico y se bioacumula en organismos acuáticos.
El Cr(VI) está clasificado como contaminante prioritario por la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (USEPA), y la OMS recomienda un límite máximo de 0,05 mg L-1 en el agua de bebida humana.
Resulta relevante la generación de nuevas tecnologías que sirvan como alternativas sostenibles para el tratamiento de cuerpos de agua contaminados. En este contexto y enmarcándose en el proyecto principal, este equipo de trabajo ha desarrollado recientemente dos tecnologías eficientes, de bajo costo y amigables con el ambiente para la remoción de Cr(VI) en aguas.
Bacterias, renacuajos y tecnología
Recientemente, la Lic. Sofía Paronetto, estudiante de doctorado en Ciencia y Tecnología, Mención Química (UNSAM), en colaboración con la Dra. Melisa Olivelli y bajo la dirección de los Dres. Jose Luis Marco Brown y Roberto Candal, diseñó, desarrolló y sintetizó materiales constituidos por partículas con hierro en su estructura empleando bacterias aisladas de ambientes naturales del Delta del Paraná (ver Figura 1). Se determinó la diversidad microbiana del consorcio bacteriano utilizado para la biosíntesis a través de técnicas de secuenciación masiva utilizando la subunidad del gen 16S. Las partículas cúbicas sintetizadas se caracterizaron ampliamente y se determinó que están compuestas por baricita cálcica, mineral basado en un fosfato de hierro (II). Estos materiales fueron ensayados en reacciones de remoción de cromo, demostrando una alta eficiencia.
Figura 1. Esquema representativo del aislamiento bacteriano, su caracterización, síntesis de las partículas y uso de éstas en procesos de remoción de cromo.
A partir de los resultados de este estudio, se publicó en 2024 el artículo titulado “One-pot green-synthesis of supported reductive biogenic iron-based materials for the removal of Cr(VI)” en la revista Industrial & Engineering Chemistry Research. Para acceder a la publicación, hacer click aquí: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.iecr.3c04212
Además, en colaboración con la Dra. Gabriela Svartz del IIIA, la Lic. Paronetto analizó la toxicidad de estos materiales y las aguas conteniendo cromo antes y después del proceso de remoción. La toxicidad se evaluó usando renacuajos de R. arenarum, el sapo sudamericano común. Se concluyó que el Cr(VI) y los materiales luego del proceso de remoción eran tóxicos, pero los materiales iniciales y el agua luego del tratamiento no resultaron tóxicos. Para acceder a la publicación, hacer click aquí: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2025.144215
Figura 2. Ensayos de toxicidad usando larvas de R. arenarum.
Figura 3. Efectos no letales en larvas de R. arenarum causados por una solución de Cr(VI) de concentración 10 mg L-1.
Figura 4. Sobrevida de larvas de R. arenarum expuestas a soluciones de Cr(VI) de concentración 1 y 10 mg L-1, partículas biosintetizadas en suspensión acuosa, solución después del tratamiento y partículas luego de ser utilizadas en el proceso de remoción de Cr(VI).
Si querés saber más al respecto, en descargas al final del texto, podés acceder a enlaces a presentaciones de este tema en varios congresos.
Remover cromo con yerba mate y arcilla
Recientemente, el Lic. Nicolás Arencibia, también estudiante de doctorado en Ciencia y Tecnología, Mención Química, bajo la dirección de los Dres. Jose Luis Marco Brown y Marta Litter, diseñó, desarrolló y evaluó un proceso en dos etapas para la remoción de cromo que involucra la utilización de yerba mate (YM) y arcillas (MMT). En la Figura 5 se muestra un esquema del proceso. Ambas etapas se optimizaron utilizando técnicas de modelado matemático, novedosas en nuestro instituto, que permiten reducir los costos de los ensayos y obtener resultados precisos.
Figura 5. Esquema del proceso de remoción de cromo en dos etapas. Etapa 1: reducción de Cr(VI) a Cr(III) utilizando extractos de YM. Etapa 2: Remoción de Cr(III) mediante el agregado de una arcilla con alto contenido en montmorillonita (MMT).
Sin embargo, antes del desarrollo del proceso de remoción de cromo, fue necesario optimizar la extracción de polifenoles de la YM, que son los agentes reductores del Cr(VI) a Cr(III).
Primeros pasos: optimización en la extracción de polifenoles a partir de YM
Los polifenoles son moléculas orgánicas presentes en muchos vegetales, que poseen alta capacidad antioxidante, íntimamente relacionada a su capacidad de participar en procesos de reducción química. Para la optimización, el Lic. Arencibia estudió la forma más económica, rápida y ambientalmente amigable para extraer polifenoles a partir de YM usando herramientas quimiométricas como las metodologías de superficie de respuesta (RSM). Así, logró determinar que el proceso de extracción de polifenoles más eficiente se realiza sonicando por 5 minutos una suspensión de YM en agua a 90 ºC con una proporción (YM/W) de 120 g de yerba mate por litro de agua.
A través de metodologías RSM, es posible optimizar procesos variando las condiciones de trabajo, obteniéndose superficies como las mostradas en la Figura 6 que indican las condiciones de YM/W y temperatura (T) necesarias para obtener cierta cantidad de polifenoles, expresada en la figura como TPC (cantidad total de polifenoles).
Figura 6. Optimización de la extracción de polifenoles a partir de YM. A la derecha se observa el modelado de la dependencia de la concentración de polifenoles (TPC) con la proporción yerba mate agua (YM/W) y la temperatura obtenida por RSM.
Este estudio originó en 2024 la publicación del artículo “Response surface methodology for the green obtention of polyphenols from yerba mate” en la revista The Canadian Journal of Chemical Engineering. Para acceder a la publicación, hacer click aquí: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cjce.25236.
Remoción de cromo: ETAPA 1
En una primera etapa, el Lic. Arencibia evaluó la transformación de Cr(VI) a su especie menos tóxica Cr(III) utilizando los extractos obtenidos a partir de YM. Empleando la metodología RSM, determinó las condiciones óptimas del proceso variando parámetros como pH, concentración de Cr(VI) y relación YM/Cr inicial. En la Figura 7 se muestra la dependencia de la concentración de Cr(VI) en la solución tratada con el pH y la relación YM/Cr(VI). Se determinó que la mayor reducción de Cr(VI) ocurre a pH 3 y con una relación YM/Cr(VI) de 5,0.
Figura 7. Modelado RSM de la dependencia de la concentración de Cr(VI) final en la solución con el pH y la relación YM/Cr(VI).
Para más información al respecto, se recomienda acceder a los trabajos publicados en congresos en descargas.
Remoción de cromo: ETAPA 2
En una segunda etapa, el Lic. Arencibia evaluó la remoción del Cr(III) generado en la primera etapa utilizando minerales arcillosos naturales de origen nacional con alto contenido en montmorillonita (MMT).
Aplicando también metodologías RSM, determinó las condiciones óptimas para la remoción. En la Figura 8 se muestra la dependencia de la concentración de cromo total en función del pH y la masa de MMT agregada. Se encontró que la máxima remoción de cromo se obtiene a pH 3 con el agregado de una masa de MMT en la relación 2,0 g MMT/L de solución.
Figura 8. Modelado RSM de la dependencia de la concentración de Cr total en la solución tratada con el pH y la masa de arcilla (MMT).
En el siguiente video se puede ver desde diferentes perspectivas la dependencia de la concentración de cromo total con el pH y el agregado de MMT.