El bambú disminuye la toxicidad del cromo en el agua
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Trabajo en conjunto de tres universidades
Un tallo de bambú, esta planta que crece veloz en los Andes colombianos, podría convertirse en una de las herramientas más efectivas para combatir la contaminación por metales pesados en el agua. Así lo demostró un equipo de investigadores liderado por el Dr. Manuel Arroyave Rodríguez, graduado del programa de Química y docente de la Universidad Nacional del Sur y científico del CONICET en Argentina, en colaboración con la Universidad del Quindío y la Universidad de Granada.
El trabajo, próximo a publicarse en una revista indexada internacional de alto impacto del área de la química ambiental, logró diseñar carbones activados a partir de residuos de bambú que no solo atrapan el cromo hexavalente (Cr(VI)), considerado uno de los metales pesados más peligrosos para la salud humana, sino que además lo transforman en su mayor parte en cromo trivalente (Cr(III)), una forma menos tóxica.
Omnipresente
El cromo hexavalente es un subproducto habitual de industrias como la galvanoplastia, el curtido de cuero y los procesos metalúrgicos. Su alta solubilidad en agua le otorga una gran movilidad en el medio ambiente, lo que facilita su incorporación en cadenas tróficas y fuentes de abastecimiento humano. “Es carcinógeno, mutagénico y teratogénico”, explica Arroyave. “De ahí la importancia de removerlo de nuestras aguas”.
Para abordar esta problemática, los investigadores partieron de un principio clave de la química de materiales: no todos los carbones activados son iguales, y sus propiedades dependen directamente de cómo se sinteticen.
El hallazgo
El equipo utilizó un sistema de pirólisis automatizado de la Universidad del Quindío para procesar residuos de bambú. Durante el proceso, variaron la temperatura de pirólisis —entre 300 y 700 grados centígrados— y emplearon diferentes agentes de activación química, como ácido fosfórico, hidróxido de sodio, ácido sulfúrico y fluoruro de zinc.
La caracterización de los siete materiales resultantes arrojó un resultado contundente: el carbón activado tratado con ácido fosfórico a 300 grados presentó la mejor combinación de alta porosidad y grupos funcionales superficiales. “A medida que aumentamos la temperatura, estos grupos funcionales se van perdiendo”, detalla el investigador. “Y son precisamente esos grupos los que generan afinidad química con el cromo”.
Adsorción
En las pruebas de adsorción, el ACP-300 alcanzó una capacidad máxima de 150 miligramos de cromo por gramo de material, un rendimiento significativamente superior al de los carbones activados con otros agentes químicos.
Pero el hallazgo más relevante surgió de los estudios de espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS), una técnica que analiza la química superficial. Los resultados mostraron que aproximadamente el 80% del cromo hexavalente adsorbido se reducía a cromo trivalente. “Estamos haciendo dos cosas al mismo tiempo: estamos adsorbiendo el contaminante y lo estamos transformando en una especie mucho menos tóxica”, explica Arroyave. “La reacción se da por un mecanismo de óxido-reducción, donde el cromo se reduce y los grupos fosforados de nuestro material se oxidan”.
Versátil
La investigación también demostró que las condiciones de síntesis son determinantes según el uso final del material. Mientras que el carbón activado sometido a pirolisis a 300 °C y activado con ácido fosfórico resultó óptimo para la adsorción de cromo, el carbón tratado a 700 °C y activado con ácido fosfórico, demostró ser más adecuado para aplicaciones electroquímicas.
“El profesor Jhon Jairo Prías Barragán, de la Universidad del Quindío, es un experto en el trabajo con bambú, utilizó el ACP-700 para desarrollar sensores de temperatura porque es más grafítico y conduce mejor la electricidad”, comenta Arroyave.
En colaboración con investigadores en España, el mismo material alcanzó un 77% de degradación del antibiótico tetraciclina mediante procesos electroquímicos, lo que evidencia el potencial de estos carbones activados para abordar distintos tipos de contaminantes emergentes.
Vocación
Arroyave Rodríguez cuenta que su vocación investigativa nació precisamente en esa institución, cuando realizaba su tesis de pregrado en el Laboratorio de Investigaciones en Postcosecha (LIP). “Allí surgió mi interés por la química aplicada a problemas reales. Ese proceso despertó mi vocación investigativa y me orientó hacia la química ambiental”. Luego llegó a Argentina para realizar su doctorado en Química mediante una beca del gobierno argentino, y tras estancias posdoctorados en Italia, España y Colombia, se vinculó a la Universidad Nacional del Sur como docente e investigador de tiempo completo. Hoy lidera una línea de investigación que busca, precisamente, devolver a Colombia parte de ese conocimiento acumulado.
Conjunto
El equipo trabaja en el desarrollo de Xerogeles de carbono, materiales sintetizados en laboratorio que permiten un diseño aún más preciso de la porosidad y la química superficial. Estos materiales están siendo evaluados en Argentina para la adsorción de arsénico y glifosato. El trabajo conjunto entre instituciones argentinas y colombianas evidencia el valor de la colaboración internacional para enfrentar desafíos ambientales comunes.
La metodología desarrollada, basada en la modulación de la porosidad y la química superficial de carbones activados obtenidos de biomasa residual, abre la puerta a aplicaciones específicas según la naturaleza del contaminante. El equipo continúa trabajando en nuevas líneas de investigación que incluyen materiales híbridos, con el objetivo de mejorar aún más el rendimiento en aplicaciones de remediación ambiental y desarrollo de sensores.
Ver mas en https://elquindiano.com/noticia/261972/el-bambu-disminuye-la-toxicidad-del-cromo-en-el-agua/
