Lignosulfonados como agentes auxiliares en la purificación de aguas residuales, un estudio teórico

Abstract

Durante los últimos años y coincidiendo con la ampliación del acceso a los medicamentos por parte de la población en general se ha venido identificando de manera progresiva un aumento de la presencia en aguas residuales y potables de sustancias farmacológicamente activas, las cuales contaminan el medio ambiente y ponen en peligro la salud de los seres humanos con alteraciones que van desde problemas hormonales a reproductivos e incluso neuronales. Estos contaminantes farmacológicos de tamaño molecular, particularmente los analgésicos paracetamol e ibuprofeno, se incorporan a las aguas residuales al ser excretados por los seres vivos y no son totalmente eliminados por los procesos de tratamiento de las aguas residuales con pocas posibilidades de ser degradados de forma natural. La alternativa de solución planteada en este trabajo contempla el aprovechamiento de las características aglutinantes y floculantes de las ligninas sulfonadas o lignosulfonados para atrapar las moléculas contaminantes de forma que se pueda evaluar su potencial como un mecanismo de remoción de estos contaminantes de las aguas potables y residuales Esta evaluación se desarrolló usando métodos semiempíricos de la física teórica, de la familia NDDO, los cuales permiten determinar las características estructurales, electrónicas y ópticas de sistemas moleculares orgánicos con un costo computacional razonable. Los lignosulfonados con Azufre, Amonio, Calcio y Sodio, fueron caracterizados por separado en estados neutro e ionizado de carga, tanto en el vacío como en medios acuosos con solventes ácidos y básicos. Los solventes empleados son de uso común en productos de limpieza tanto en hogares como en ambientes hospitalarios. Dado que los métodos utilizados no incorporan de manera explícita los medios y solventes, fue necesaria la implementación de un procedimiento alternativo para poder observar los efectos que el medio tiene sobre los sistemas moleculares. Los analgésicos paracetamol e ibuprofeno fueron caracterizados de la misma forma y bajo las mismas condiciones que los lignosulfonados considerados. Para evaluar las capacidades de captura molecular de los lignosulfonados sobre los analgésicos, se construyeron combinaciones de estas moléculas a las que se caracterizó en la forma y condiciones antes mencionadas. Los resultados obtenidos muestran que los sistemas moleculares que mejores posibilidades presentan para realizar la captura de los contaminantes considerados en este trabajo son los lignosulfonados que incorporan iones de Calcio y Sodio, y que los medios que más favorecen el mecanismo de captura son los ácidos. Hemos encontrándose indicios significativos de acoplamiento entre las estructuras aromáticas de los compuestos y una abundancia de regiones ricas y pobres en electrones en las estructuras estudiadas, esto indica que los sistemas moleculares estudiados presentan una gran afinidad a ataques tanto electrófilos y nucleófilos que busquen alterar o enlazar las estructuras moleculares. Este comportamiento presenta unas muy interesantes posibilidades para plantear alternativas en la purificación de aguas residuales y para la preservación del medio ambiente y el recurso agua.