Estudio de métodos alternativos sustentables de remediación

El impacto de los residuos generados por la actividad del ser humano sobre el ecosistema ha sido motivo en los últimos años de innumerables esfuerzos en busca de soluciones. En este sentido, una de las áreas que más crecimiento experimentó es el desarrollo de nuevos biosorbentes para ser utilizados como sorbentes en remediación ambiental para la remoción de metales y/o contaminantes orgánicos, tanto en aguas naturales como en efluentes industriales. Existen más de 100.000 tipos de colorantes que se utilizan comercialmente en industrias, implicando esto el uso de más de 700.000 toneladas al año de los mismos. Pequeñas cantidades (1ppm) en agua de algunos colorantes ya modifican el color de la misma y la hacen no consumible. Muchos de ellos resultan poseer estructuras químicas estables térmicamente y resistentes a la biodigestión aeróbica. En particular, los azo colorantes son los colorantes más utilizados por la industria en la actualidad. Su estructura química particular los convierte en ideales para mantener el color de telas, alimentos, medicamentos, etc., inalterados por mucho tiempo. Se los conoce como colorantes recalcitrantes, es decir que permanecen en el ecosistema mucho más tiempo que colorantes con otra estructura. Es muy difícil que sean degradados por la luz o por los procesos estándares de las plantas de tratamientos de efluentes. Las aguas coloreadas llevan a un cambio total de la flora y la fauna, llegando en casos a la eutroficación. La remoción de azo colorantes de los cursos de agua es de primordial atención. El presente plan de tesis se dirige hacia promover el avance y la aplicación de la investigación científica relacionada con el manejo de contaminantes del medio ambiente, como también la formación de recursos humanos en el área de química ambiental y consolidar la inserción de esta temática de alta incumbencia social para el bienestar humano y ecológico. Los resultados obtenidos en el primer capítulo están referidos a la inmovilización de biomoléculas en nanopartículas magnéticas de silicio obtenidas mediante microemulsión inversa por la técnica sol gel. Ellos nos muestran que el material obtenido es monodisperso, con nanopartículas core/shell donde el interior posee el ferrofluido magnético y el exterior puede ser modificado sin perder las propiedades magnéticas. La enzima (ureasas como modelo) inmovilizada en la superficie de las nanoesferas mantiene su actividad en un largo período de tiempo. Por otro lado, el costo de las enzimas necesarias para decolorar azo colorantes y la necesidad de formar una cadena de reacción para que la decoloración vaya acompañada de una detoxificación mostraron ser económicamente inviables. El segundo capítulo trata de la inmovilización de microorganismos (Pseudomonas sp.) capaces de decolorar azo colorantes (negro de Remazol, naranja de metilo y naranja de bencilo) en una matriz de sílica obtenida por la técnica sol-gel. Los resultados obtenidos muestran que las células son capaces de mantener la viabilidad dentro del material polimérico, que el gel no impide la entrada de nutrientes ni la salida de enzimas y productos de desecho y que las bacterias mantienen la viabilidad por largos períodos de tiempo. Puede observarse también que la capacidad de decolorar los colorantes azoicos ensayados se acompaña también de la detoxificación de los mismos, dado que el ensayo realizado con semillas de lechuga mostró mejoras en la germinación de dichas semillas luego del tratamiento con el residuo decolorado. El tercer capítulo trata de la utilización de un biopolímero abundante, biodegradable y de muy bajo costo para la adsorción de azo colorantes reactivos (Remazol black) en solución acuosa. En el capítulo se muestra la excelente capacidad de adsorción del hidrogel de colágeno tipo I para este tipo de colorantes, el estudio de las interacciones entre sorbente y sorbato y la comparación entre diferentes azo colorantes con otras estructuras químicas (rojo Congo y marrón de Bismarck). Asimismo se muestra el efecto del agregado de nanopartículas de silicio obtenidas por la técnica sol-gel en las propiedades mecánicas del hidrogel de colágeno y como repercute este agregado en la adsorción de azo colorantes reactivos. En definitiva, el presente trabajo de tesis permitió, por un lado, abordar aspectos básicos relacionados con la técnica sol-gel y describir una nueva forma de obtener nanopartículas magnética huecas, por otro lado trabajar sobre la inmovilización de biomoléculas en superficie e inmovilización de microorganismos por atrapamiento y finalmente describir el uso de un biopolímero de muy bajo costo y muy abundante para abordar el tema de remediación de los azo colorantes en los cursos de agua. Cada capítulo incluye el análisis de costo de fabricación de cada material para realizar la comparación final entre ellos desde el punto de vista económico.