Divulgación de Grado de Química, UCO: CÁSCARAS DE NARANJA, ¿UN DESECHO O UN DESCONTAMINANTE?

Isabel María Borrego Jiménez.

María De La Paz Ruíz Yuste.

¿Podría hacerse de un desperdicio cotidiano, un nuevo material descontaminante de agua? La respuesta es sí, y a continuación, veremos de qué material se trata, y cómo se consigue reciclarlo y convertirlo en uno nuevo.

Cáscaras de cítricos.
Fuente: Haz un difusor aromático con cáscaras de cítricos y restos de hierbas - La bioguía. (25/12/17)

PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AGUA.

Hemos empezado hablando sobre un material reciclado capaz de remover los contaminantes del agua, pero... ¿cuáles son esos contaminantes?

Los principales contaminantes del agua son los siguientes:

Pesticidas y fertilizantes: Son los principales causantes de contaminación de aguas, tanto los fertilizantes y pesticidas usados en agricultura, como los usados en casas particulares. En todos los casos, estos productos, acaban filtrándose por el suelo en acuíferos, hasta llegar a los ríos. Los fertilizantes pueden provocar un aporte excesivo a las plantas acuáticas provocando un crecimiento excesivo de las mismas, dando como resultado una manta verde en los ríos. Esto causa que la luz del sol no llegue a las algas verdes, por lo que no se puede renovar el oxígeno del agua y se acaba asfixiando, por tanto, a todo el ecosistema existente.

Eutrofización de un río

Fuente: Renovables verdes (25/12/17)

Metales pesados: Los metales pesados, son aquellos elementos químicos, cuyo peso molecular es relativamente alto y que, en concentraciones bajas, resulta tóxico. Ciertos de estos compuestos son necesarios para nosotros, sin embargo, cuando se sobrepasa un límite, se vuelven peligrosos para nuestra salud. La principal causa de que estos elementos acaben en ríos y demás aguas potables se debe a las minas. En las minas se crean balsas de barros procedentes de la utilización de agua en el proceso de extracción. Estas balsas, en ocasiones, pueden tener pequeñas filtraciones hacia afluentes de ríos, dando lugar a una concentración descompensada de metales pesados que llega a nosotros de forma directa por el agua, o de forma indirecta por la ingestión de animales contaminados por dicha agua. Un grave ejemplo de esto, es el desastre ocurrido en Aznalcóllar.

Metales pesados.
Fuente: Metales pesados peligrosos - Linea y salud. (25/12/17)

Productos de limpieza: Son la principal causa de contaminación del agua por la acción del ser humano. Los detergentes están formados por tensioactivos que son moléculas capaces de modificar la tensión superficial del agua, provocando que la suciedad pueda desprenderse con más facilidad. Existen dos tipos de tensioactivos: los duros (no son biodegradables, es decir, no se degradan por agentes biológicos y son contaminantes persistentes) y los blandos (son biodegradables, por tanto, desaparecen en un periodo de tiempo dado). Los detergentes poseen fosfatos para facilitar el trabajo de los tensioactivos. Los fosfatos son sustancias que atrapan (el término correcto es quelar) ciertos cationes (iones con carga positiva) que pueden interferir en la acción de los tensioactivos. Estos fosfatos producen el mismo efecto que los fertilizantes (los fertilizantes también poseen fosfatos, de ahí que den lugar al mismo efecto). Además de todo lo mencionado, se puede dar el caso de formación de espuma ácida en las superficies de los ríos.

Productos de limpieza.
Fuente: Productos de limpieza agresivos - El Corte Inglés seguros. (25/12/17)

Aceites, petróleo y derivados: Todos ellos son compuestos insolubles en agua (hidrofóbicos) que causan enormes daños en los ecosistemas y cuya retirada es bastante complicada. Uno de los desastres ecológicos más significativos de todos los tiempos tuvo que ver con este tipo de contaminación (Deepwater Horizon).

Derivados del petroleo.
Fuente: Productos a partir del petroleo. (25/12/17)

DIFERENCIA ENTRE ADSORCIÓN Y ABSORCIÓN.

Existen varios métodos de descontaminación de aguas que siguen diferentes principios físicos y químicos. Para entender el principio que sigue nuestro material se debe diferenciar entre dos conceptos:

Adsorción: Es un proceso que puede ser físico o químico en el que ciertos elementos (átomos, iones y moléculas) son retenidos sobre una superficie sólida, la cual posee una sustancia que le permite atraer esos elementos.

Absorción: Es un proceso en el que determinados elementos, tales como moléculas, átomos o iones, pasan de un estado o fase a otro formando un cuerpo o material con diferentes características.

Proceso de adsorción y absorción.

Fuente: Tipos de adsorción - Fisicoquímica. (25/12/17)

Si se hiciera un símil de estos dos conceptos con una esponja y bolitas (las cuales representarían las moléculas/iones/átomos afectados por dichos conceptos) tendríamos que la absorción se produciría cuando las bolitas estuvieran dentro de la esponja, es decir, las bolitas y la esponja se convertirían en un material distinto de los iniciales (diferente de la esponja, y diferente de las bolitas). Por su parte, la adsorción, se producirá cuando las bolitas se unan a la parte externa de la esponja, sin internarse en los poros.
Este símil sería el caso más sencillo y no tendría en cuenta la adsorción en la superficie de dentro de los poros.

DIFERENCIA ENTRE FISISORCIÓN Y QUIMISORCIÓN.

El material del que hablamos es adsortivo, es decir, retira los contaminantes del agua mediante adsorción.
Los contaminantes se pueden adsorber tanto por fisisorción como por quimisorción. La diferencia entre estas dos formas de adsorción es que, en la fisisorción, no se producen enlaces químicos, es decir, no existe intercambio de electrones, sino que se unen a la superficie del material por fuerzas de Van der Waals, que son fuerzas físicas. Sin embargo, en la quimisorción, sí existe un intercambio de electrones, es decir, la unión de los contaminantes a la superficie del material se realiza por enlaces químicos.

Proceso de adsorción por fuerzas de Van deer Waals.
Fuente: Tipos de adsorción - Fisicoquímica. (25/12/17)

El material que presenta estas características es la piel de cítricos.

CAUSA Y EFECTO

La causa de esta gran capacidad adsortiva es:

La presencia de celulosa, hemicelulosa y lignina, que forman una extensa red tridimensional y dan lugar a un gran laberinto de poros. Estos poros le otorgan al material un gran área superficial. El área superficial es la propiedad más importante de un adsorbente. Cuanta más área superficial, más contaminantes podrá adsorber, y por tanto, mejor adsorbente será.

Una vez se conoce esto, se puede suponer que todas las mejoras que se vayan a realizar sobre el material se centraran en mejorar esta característica.

TRATAMIENTO

Para aumentar las características mencionadas, las pieles se someten a un proceso de descompresión instantánea controlada, que es la aplicación de alta temperatura en muy poco tiempo y descompresión instantánea al vacío. Esta técnica produce cambios en la estructura de la piel del cítrico, dando lugar, a un aumento de la porosidad y por tanto, del área superficial.

Este proceso podría compararse con el que sigue una palomita en el microondas. La descompresión provoca una expansión de los poros aumentando, de esta manera, el área superficial.

Creación de una palomita.

Fuente: 9 gifs en cámara lenta que hacen que todo se vea increíble. (25/12/17)

Posteriormente, las pieles se someten a un tratamiento químico que consiste en añadir ácido fosfórico (que reacciona con el carbono), grupos hidroxilos y carboxilos, para que incremente su selectividad, y así, remueva los contaminantes orgánicos y los metales pesados.

CONCLUSIÓN.

Tras esta demostración de que algo tan insignificante, considerado poco más que un desecho, puede convertirse en algo tan valioso como un descontaminante de agua, nos damos cuenta de la importancia del reciclado y de la investigación, que nos ofrece alternativas ecológicas para grandes problemas que sufre la sociedad hoy en día.

REFERENCIAS: