Eliminación de metales pesados de aguas contaminadas mediante adsorción selectiva con materiales mesoestructurados híbridos

La presencia de ciertos metales pesados como mercurio, cadmio y plomo en aguas es un problema medioambiental de relevancia mundial debido a su elevada toxicidad. La adsorción selectiva con materiales silíceos mesoestructurados funcionalizados con grupos orgánicos se ha presentado como una técnica muy eficaz para eliminar de forma selectiva diferentes especies metálicas presentes en las aguas residuales, siendo posible alcanzar niveles de concentración en torno a las unidades de ppb.

[Grupo de Ingeniería Química y Ambiental (GIQA) Universidad Rey Juan Carlos]

La presencia de ciertos metales pesados como mercurio, cadmio y plomo en aguas es un problema medioambiental de relevancia mundial. Estos metales presentan elevada toxicidad tanto para el ser humano como para el medio ambiente, siendo capaces de producir efectos muy graves incluso a muy bajas concentraciones. Por ello, las distintas normativas en los ámbitos nacional e internacional han impuesto límites muy restrictivos en cuanto a las concentraciones permitidas para estos metales pesados en todo tipo de aguas. A nivel europeo, algunos de estos metales y sus compuestos derivados están incluidos en la lista de sustancias prioritarias en el ámbito de la política de aguas de acuerdo con la Directiva Marco del Agua de la Unión Europea (Directiva 2000/60/CE), a través de la decisión 2455/2001/CE, siendo actualmente los valores establecidos por la Directiva 2008/105/CE como normas de calidad ambiental admisibles inferiores en todos los casos a 10 μg L^-1.

Tabla 1. Normas de calidad ambiental dictadas por la Unión Europea (2008/105/CE) para Hg, Cd, Pb, y sus compuestos.

¹ concentración media anual ² concentración máxima admisible

La presencia de estos metales pesados en el agua puede ser natural o antropogénica. En el primer caso, los metales pesados proceden de la erosión, de la actividad volcánica o de la lixivación de mineralizaciones, mientras que las fuentes antropogénicas derivan de residuos peligrosos, procedentes de actividades industriales, minería e industria agrícola, y residuos sólidos urbanos (RSU). Su característica fundamental, es que no pueden ser degradados ni destruidos. Además, algunos de ellos pueden ser asimilados, almacenados y acumulados por los organismos vivos. Por esto, su peligro reside en la capacidad de bioacumulación en los tejidos y en el proceso de biomagnificación que ocurre a medida que ascienden en la cadena trófica.

Dado el extendido empleo de los metales pesados en multitud de procesos y productos por una parte, y su elevada toxicidad por otra, actualmente se trabaja en la búsqueda de nuevas alternativas tecnológicas para tratar las aguas industriales, que permitan alcanzar fácilmente los valores límite que dicta la legislación. La adsorción selectiva con materiales silíceos mesoestructurados funcionalizados con grupos orgánicos se ha presentado como una técnica muy eficaz para eliminar de forma selectiva diferentes especies metálicas presentes en las aguas residuales. Su eficacia como adsorbentes se debe tanto a las excelentes propiedades porosas de la estructura silícea como a su modificación superficial mediante grupos orgánicos quelantes que interaccionan de forma específica con determinadas especies metálicas. De esta manera es posible diseñar adsorbentes específicos de cada metal simplemente seleccionado de forma adecuada el grupo orgánico que se incorpora en la matriz inorgánica.

Se ha demostrado que los materiales que contienen azufre orgánico son eficaces adsorbentes de mercurio en multitud de condiciones experimentales llegando a retener hasta 4 mmol de Hg(II) por gramo en el proceso de adsorción, siendo además fácilmente regenerables mediante regeneración química [1,2]. En este caso es posible alcanzar valores de concentración en disolución acuosa inferiores a 1 μgL^-1. Por otro lado, los materiales que contienen grupos aminados se comportan como buenos adsorbentes de plomo y cadmio ya que presentan capacidades de retención de Pb(II) y Cd(II) superiores a 1,5 y 1,0 mmol/g, respectivamente [3].

Referencias

[1] Aguado, J.; Arsuaga, J.M.; Arencibia, A. Micopor. Mesopor. Mater. (2008) 109, 513-524

[2] Aguado, J.; Arsuaga, J.M.; Arencibia, A. Applied Surface Science (2010) 256 5453- 5457

[3]  Aguado, J.; Arsuaga, J.M.; Arencibia, A. Lindo, M. ; Gascón, V. J. Hazard. Mater (2009) 163, 213-221