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Revista de la Sociedad Química del Perú

versión impresa ISSN 1810-634X

Rev. Soc. Quím. Perú v.75 n.4 Lima oct./dic. 2009

 

REVIEW

 

Aplicaciones ambientales de la adsorción mediante biopolímeros naturales: Parte 1-Compuestos fenólicos

 

Norma A. Cuizano1 ; Bertha P. Llanos1 ; Abel E. Navarro2*

1 Departamento Académico de Química, Facultad de Ciencias y Filosofía, Universidad Peruana Cayetano Heredia, Lima, Perú.
2 Department of Chemistry, Graduate School of Arts and Science, New York University, New York, NY, US. *aen234@nyu.edu

 


RESUMEN

La biosorción es una técnica que puede ser usada para la eliminación de contaminantes a partir de aguas residuales, especialmente de aquellas que no son fácilmente degradables como los compuestos fenólicos. En esta revisión, la habilidad de adsorción de las algas marinas es enfatizada como solución a la contaminación de compuestos fenólicos. Las propiedades de los alginatos y fucoidanos, constituidos principalmente por grupos carboxilo, hidroxilo y sulfonato son discutidos como la base de su potencial biosorbente. También son analizados los mecanismos de adsorción así como los parámetros más importantes que influencian la toma pasiva de estas moléculas. Asimismo, se discuten resultados recientes sobre la aplicación de algas en la adsorción de 2-clorofenol, 2-nitrofenol y fenol. La presente revisión también resalta la necesidad del examen y búsqueda de biosorbentes dentro de situaciones reales, como competencia de adsorbatos y la alteración de la biosorción debido a la calidad de agua, entre otros tópicos de importancia para el desarrollo de esta técnica.

Palabras clave: biosorción, compuestos fenólicos, algas marinas, tratamiento de aguas residuales, adsorción.

 


ABSTRACT

Biosorption is a technique that can be used in the removal of pollutants from waste waters, especially the ones that are not easily degraded such as phenolic compounds. In this review, the ability of adsorption by marine algae as a solution of the contamination by phenolic compounds is emphasized. The properties of alginates and fucoidanos, mainly composed by carboxyl, hydroxyl and sulphonate groups are discussed as the base of their adsorptive potential. The mechanisms of adsorption as well as the most important parameters influencing the passive uptake of these molecules are also analyzed. Moreover, recent results about the application of seaweeds in the adsorption of 2-chlorophenol, 2-nitrophenol and phenol are discussed. The present review also highlights the necessity for the examination and search of biosorbents within real situations, as competition between adsorbates and alteration of biosorption due to water quality, amongst other topics, important for the development of this technique.

Key words: biosorption, phenolic compounds, marine algae, wastewater treatment, adsorption.

 


INTRODUCCIÓN

La contaminación de fuentes acuáticas por sustancias orgánicas e inorgánicas ha sido siempre de preocupación mundial. Entre las típicas sustancias orgánicas consideradas, tanto como subproductos no deseados y materia prima en numerosas industrias, están los fenoles, como se muestra en la tabla 1. Fenoles, sus derivados y aquellos que contienen dos anillos aromáticos condensados (naftaleno, antraceno, etc.) pertenecen al grupo de contaminantes más tóxicos y comunes de la industria de plásticos, tintes y papel2,3. La biodegradación de ácidos húmicos, taninos y ligninas también producen fenoles. Estos compuestos son tóxicos y se sospecha de su efecto carcinógeno en humanos. Por esta razón, un gran número de fenoles han sido listados en la Directiva de la Comunidad Europea (ECD) y en la Agencia de Protección Ambiental americana (EPA)4,5. Los niveles de compuestos fenólicos en aguas superficiales apta para su consumo deben ser menores a 10 μg/L de acuerdo a la ECD 75/440/EEC6. Por lo general, los compuestos fenólicos en agua potable emiten olores y sabores desagradables e irritantes en concentraciones tan bajas como 5 μg/L y son venenosos para la vida acuática, plantas y humanos como producto de la bio-concentración. La ingestión de fenoles en concentraciones entre 10 a 240 mg/L por largo tiempo causan irritación bucal, diarreas y excreción de orina oscura así como problemas en la visión. La concentración letal de fenol en sangre oscila aproximadamente de 4,7 a 130 mg/L.7

Numerosos esfuerzos han sido realizados con el fin de eliminar dichos compuestos fenólicos de aguas de desecho, entre los que destacan: extracción por solventes, sedimentación, precipitación, ósmosis, ultra-centrifugación, micro-filtración, adsorción, resinas de fase reversa, etc. obteniendo resultados satisfactorios. Desafortunadamente, dichos métodos no son efectivos a bajas concentraciones de fenoles en solución, tornándose altamente costosos y de bajo rendimiento a condiciones reales . Por ejemplo se ha comprobado que la precipitación química de contaminantes es ya ineficiente en concentraciones alrededor de 100 mg/L y, además, producen una elevada cantidad de lodo, cuyo tratamiento es, de por sí, difícil y costoso. Las resinas de fase reversa, adsorción por carbón activado y tecnología de membranas son procesos extremadamente caros, especialmente cuando se tratan de grandes volúmenes y aguas de desechos conteniendo otros contaminantes inorgánicos o corrosivos, lo que los hace poco recomendable para su aplicación a gran escala . La filtración es otra técnica simple, sin embargo, el tamaño de las partículas, tanto de contaminantes metálicos y orgánicos, requieren una alta inversión energética, tornándolo caro para su uso extensivo en grandes volúmenes.9

Actualmente, los procesos biotecnológicos presentan un gran interés por la variedad de métodos destoxificantes de fenoles . Dentro de este contexto, la biotecnología ha separado dos grandes áreas dentro del mismo objetivo: bioacumulación y biosorción. Entendida la primera como un proceso activo de eliminación de contaminantes mediante mecanismos metabólicos, involucrando biomasa viviente12 y biosorción como un proceso pasivo con un mecanismo netamente fisicoquímico, por medio de biomasa no viviente. Por ende, la biosorción, es un área de investigación latente y con muchos aportes a la comunidad industrial, por brindar una alternativa técnica y económicamente viable por ser considerada una tecnología "limpia" en la eliminación de compuestos orgánicos e inorgánicos de aguas residuales o de desecho de actividades productivas13. Los microorganismos utilizados como biosorbentes, aislados a partir de ecosistemas contaminados, retienen compuestos fenólicos presentes en agua en tiempos relativamente cortos al entrar en contacto con soluciones de dichos compuestos14. Esto minimiza los costos en un proceso de remediación, ya que no requiere la adición de nutrientes al sistema, al no requerir un metabolismo microbiano activo. La biomasa, capaz de participar en estos procesos, es fácilmente extraíble de sistemas acuosos, como cursos de aguas o efluentes de diversos orígenes, por lo que el proceso global de biorremediación sería rentable. Todas estas ventajas hacen que la búsqueda de este tipo de microorganismos se encuentre en crecimiento constante, junto con el estudio de sistemas biosorbentes, como por ejemplo la utilización de consorcios microbianos y macromoléculas (polímeros) adsorbentes, que incrementarían los rendimientos y selectividad de la captación de mezclas de contaminantes orgánicos e inorgánicos.

Por razones económicas, la biotecnología ha prestado mucha atención a las algas marinas, porque son producidas naturalmente en grandes cantidades, yaciendo a las orillas de las playas y siendo consideradas material de desecho. Su aplicación como adsorbentes para la biosorción de compuestos fenólicos podría interpretarse como el uso de desechos para eliminar desechos. Las embarcaciones pesqueras, que arrastran enormes cardúmenes de peces, arrastran también gran cantidad de algas, las cuales pueden ser vendidas, ahorrándose de esta manera el costo asociado a la eliminación de las mismas, consideradas como "basura" por ellas15. La presente revisión se centra en el uso del biopolímero natural, polialginato, presente en algas marinas como poderosa herramienta biotecnológica para la eliminación de compuestos fenólicos de aguas residuales, haciendo uso de un sustancial número de referencias en biosorción de fenoles y nuestro propio trabajo.

 

Consulte el artículo completo en:

http://www.scielo.org.pe/pdf/rsqp/v75n4/a12v75n4.pdf