{"id":134079,"date":"2022-04-25T11:06:34","date_gmt":"2022-04-25T10:06:34","guid":{"rendered":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/?p=134079"},"modified":"2022-04-25T11:06:34","modified_gmt":"2022-04-25T10:06:34","slug":"hacia-una-economia-circular-eliminacion-eficiente-de-pesticidas-de-las-aguas-mediante-el-uso-de-carbones-obtenidos-a-partir-de-lodos-de-depuradora","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/2022\/04\/25\/134079","title":{"rendered":"Hacia una econom\u00eda circular: Eliminaci\u00f3n eficiente de pesticidas de las aguas mediante el uso de carbones obtenidos a partir de lodos de depuradora"},"content":{"rendered":"

Debido a la cada vez m\u00e1s estricta legislaci\u00f3n relativa a la gesti\u00f3n de los lodos de depuradora, es necesario encontrar soluciones sostenibles y de coste relativamente bajo. Adem\u00e1s, la creciente presencia de contaminantes prioritarios en los efluentes de las EDAR est\u00e1 atrayendo de forma creciente la atenci\u00f3n de la comunidad cient\u00edfica. En este trabajo, se han sintetizado seis carbones activados a partir de cinco lodos de depuradora de diferente origen. Estos materiales han sido empleados para la eliminaci\u00f3n mediante adsorci\u00f3n de tres pesticidas de car\u00e1cter neonicotinoide recogidos en la Lista de Observaci\u00f3n Europea: acetamiprid (ACT), thiamethoxam (THM), e imidacloprid (IMD). Los carbones activados fueron preparados mediante activaci\u00f3n qu\u00edmica (impregnaci\u00f3n con ZnCl2<\/sub>), mostrando diferentes propiedades texturales y f\u00edsico-qu\u00edmicas, debido, fundamentalmente, al diferente origen del lodo precursor. As\u00ed, los mejores resultados en t\u00e9rminos de capacidad de adsorci\u00f3n fueron encontrados para el carb\u00f3n sintetizado a partir de un lodo procedente de una industria farmac\u00e9utica (AC-Industrial<\/em>): qe<\/sub> = 104, 2, 137,0 y 119,9 mg\/g, para ACT, THM y IMD, respectivamente. Adem\u00e1s, las cin\u00e9ticas de adsorci\u00f3n fueron adecuadamente reproducidas por el modelo cin\u00e9tico de pseudo-segundo orden; mientras que los modelos de Freundlich y GAB ajustaron satisfactoriamente las isotermas de equilibrio de adsorci\u00f3n. Finalmente, se llev\u00f3 a cabo la regeneraci\u00f3n de los carbones activados haciendo uso de un disolvente org\u00e1nico, metanol; y la adsorci\u00f3n simult\u00e1nea de los tres pesticidas en una matriz acuosa real (efluente hospitalario).<\/p>\n

Silvia \u00c1lvarez Torrellas \u2013 Grupo CyPS, Universidad Complutense de Madrid<\/em><\/p>\n

Se ha publicado que s\u00f3lo en la Uni\u00f3n Europea se producen m\u00e1s de 13 millones de toneladas de lodo seco cada a\u00f1o. Las alternativas m\u00e1s habituales de gesti\u00f3n son su uso como fertilizante, incineraci\u00f3n y\/o gesti\u00f3n en vertederos. Sin embargo, debido a la aprobaci\u00f3n de una legislaci\u00f3n cada vez m\u00e1s restrictiva en este sentido (Directiva 2008\/98\/CE), se requiere el empleo de alternativas de valorizaci\u00f3n medioambientalmente sostenibles, as\u00ed como asumibles en cuanto a su coste. As\u00ed, el empleo de lodos de depuradora como precursores en la s\u00edntesis de carbones activados se presenta como una opci\u00f3n interesante de valorizaci\u00f3n de los fangos de depuradora, debido al elevado contenido en materia org\u00e1nica que estos materiales suelen tener. Asimismo, los carbones activados son materiales muy adecuados para la eliminaci\u00f3n de contaminantes org\u00e1nicos (tanto de car\u00e1cter emergente como prioritario) de las aguas; de manera que el proceso de adsorci\u00f3n se plantea como una estrategia de tratamiento eficiente, de bajo coste, y que no genera subproductos. Adem\u00e1s, como es bien sabido por la comunidad cient\u00edfica, en los \u00faltimos a\u00f1os se ha establecido una fuerte concienciaci\u00f3n acerca de la presencia de este tipo de contaminantes en efluentes acuosos de diversa procedencia. En este trabajo, hemos seleccionado los pesticidas neonicotinoides (contaminantes prioritarios) como compuestos a tratar, debido a su uso extensivo y vertido descontrolado en efluentes de todo tipo. Concretamente, se ha trabajado con tres pesticidas: acetamiprid (ACT), thiamethoxam (THM) e imidacloprid (IMD), recogidos en la Lista de Observaci\u00f3n Europea de 2018 (Decisi\u00f3n 2018\/840\/EU).<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

As\u00ed, se han sintetizado seis carbones activados a partir de cinco lodos de diferente procedencia, todos ellos en atm\u00f3sfera de CO2<\/sub>, excepto uno: de una industria farmac\u00e9utica en atm\u00f3sfera de CO2<\/sub> (AC-Industrial<\/em>), y en atm\u00f3sfera de N2<\/sub> (AC-IndustrialN2<\/sub><\/em>), de una EDAR urbana (AC-Urban<\/em>), de una EDAR a la que llegan efluentes de car\u00e1cter urbano e industrial (AC-Mixed<\/em>), de una industria papelera (AC-Paper<\/em>) y una planta petroqu\u00edmica (AC-Oily<\/em>)). La s\u00edntesis se llev\u00f3 a cabo mediante impregnaci\u00f3n del lodo seco con ZnCl2<\/sub>, durante 24 h a temperatura ambiente. A continuaci\u00f3n, se realiz\u00f3 la pir\u00f3lisis en un reactor vertical de cuarzo a 800 \u00baC durante 2 h, en presencia de N2<\/sub> (100 mL\/min, 10 \u00baC\/min). El material resultante se lav\u00f3 repetidas veces con HCl 5M y despu\u00e9s con agua ultrapura. Finalmente, se sec\u00f3 en estufa a 105 \u00baC durante 24 h. A continuaci\u00f3n, se someti\u00f3 al material a una segunda etapa de carbonizaci\u00f3n, esta vez en atm\u00f3sfera oxidante (CO2<\/sub>, 100 mL\/min, 10 \u00baC\/min), a una temperatura de 800 \u00baC durante 2 h, excepto en el caso del material AC-IndustrialN2<\/sub><\/em>. Los experimentos de adsorci\u00f3n se realizaron en un agitador orbital LabMate a temperatura (25 \u00baC) y agitaci\u00f3n controlada (250 rpm). La concentraci\u00f3n inicial de pesticida fue de 50 mg\/L, empleando un volumen de disoluci\u00f3n de 25 mL. Para las cin\u00e9ticas de adsorci\u00f3n, se utiliz\u00f3 una dosis de adsorbente de 0,3 g\/L, mientras que para las isotermas, se emple\u00f3 un intervalo de 0,05 a 1,5 g\/L. Las muestras se analizaron mediante cromatograf\u00eda l\u00edquida a alta presi\u00f3n (HPLC).<\/p>\n

En los estudios cin\u00e9ticos, se observaron cin\u00e9ticas de adsorci\u00f3n generalmente lentas (de 24 a 168 h), excepto para los carbones sintetizados a partir de los lodos procedentes de las industrias papelera y petroqu\u00edmica (AC-Paper <\/em>y AC-Oily<\/em>), con los que el tiempo de equilibrio se alcanz\u00f3 en menos de 1 h. Esto es atribuible a la mayor mesoporosidad que muestran estos materiales. En la cin\u00e9tica, el tama\u00f1o de la mol\u00e9cula a ser adsorbida juega un papel tremendamente importante (lo que se conoce como fen\u00f3meno de impedimento est\u00e9rico); en este caso, se observ\u00f3 que con la mol\u00e9cula de ACT, la que presenta menor tama\u00f1o, se obtuvo el equilibrio m\u00e1s r\u00e1pidamente en todos los carbones. Los datos cin\u00e9ticos se ajustaron de forma altamente satisfactoria al modelo de pseudo-segundo orden, implicando que el fen\u00f3meno de quimisorci\u00f3n est\u00e1 posiblemente condicionando en mayor o menor medida el proceso de adsorci\u00f3n [1].<\/p>\n

Asimismo, se determinaron las respectivas isotermas de adsorci\u00f3n, obteniendo la mayor capacidad de adsorci\u00f3n en el equilibrio con el carb\u00f3n AC-Industrial<\/em>, con valores de: qe<\/sub> = 104,2, 137,0 y 119,9 mg\/g, para ACT, THM y IMD, respectivamente. En todos los casos, las isotermas mostraron un perfil multicapa (tipos S3 y L3, seg\u00fan la clasificaci\u00f3n de Giles [2]), caracter\u00edstico de adsorbentes con propiedades texturales heterog\u00e9neas, es decir, de car\u00e1cter micro-mesoporoso. Para el ajuste de los datos experimentales, se emplearon los modelos de Freundlich y GAB (Guggenheim-Anderson-De Boer), obteni\u00e9ndose un mejor ajuste para este \u00faltimo.<\/p>\n

Por otro lado, se realizaron estudios de regeneraci\u00f3n de los adsorbentes saturados con IMD, empleando como agente eluyente un disolvente org\u00e1nico, metanol. As\u00ed, se han realizado tres ciclos consecutivos de adsorci\u00f3n-desorci\u00f3n. Tal como era de esperar, se pudo observar que la capacidad de adsorci\u00f3n en el equilibrio descendi\u00f3 en el 2\u00ba ciclo, siendo mucho menor (pr\u00e1cticamente nulo) este descenso en el 3\u00ba ciclo en todos los casos. El mayor descenso en la capacidad de adsorci\u00f3n durante el 2\u00ba ciclo se observ\u00f3 en los carbones que presentan mayor grado de microporosidad, como AC-Industrial<\/em> (26,9%) y AC-IndustrialN2<\/sub> (20,7%). Por contra, las mejores eficiencias de desorci\u00f3n se encontraron para los carbones activados m\u00e1s mesoporosos, esto es, con una estructura porosa m\u00e1s abierta, como son AC-Paper <\/em>y AC-Oily<\/em>, con eficiencias de recuperaci\u00f3n del 95 y 93%, respectivamente. As\u00ed pues, se puede concluir que la mesoporosidad del s\u00f3lido juega un papel primordial en la regeneraci\u00f3n de los adsorbentes saturados [3].<\/p>\n

Finalmente, se llev\u00f3 a cabo una prueba de concepto, empleando una matriz acuosa real, concretamente un efluente de origen hospitalario (COT = 286 mg\/L, DQO = 332 mg\/L) para adsorber cada uno de los 3 pesticidas de forma individual y tambi\u00e9n simult\u00e1neamente, en este caso, haciendo uso del carb\u00f3n activado AC-Industrial<\/em>. As\u00ed, al emplear la matriz real, se observ\u00f3 un descenso significativo en la capacidad de adsorci\u00f3n, entre 20 y 60%. Este comportamiento se puede atribuir al efecto competitivo por los sitios de adsorci\u00f3n de la superficie carbonosa entre el compuesto objetivo y la materia org\u00e1nica presente en el efluente. Asimismo, en los ensayos de adsorci\u00f3n simult\u00e1nea, se pudo ver que el valor de la capacidad de adsorci\u00f3n de ACT (compuesto de menor tama\u00f1o molecular) no disminuy\u00f3 respecto al obtenido individualmente, mientras que la capacidad de THM y IMD \u00fanicamente descendi\u00f3 en 10-15% [4]. En resumen, se puede afirmar que el carb\u00f3n activado sintetizado a partir de un lodo de depuradora es capaz de eliminar de forma efectiva los pesticidas neonicotinoides presentes en una matriz acuosa real con una elevada carga org\u00e1nica.<\/p>\n

M\u00e1s informaci\u00f3n sobre esta investigaci\u00f3n se puede encontrar en el siguiente art\u00edculo:<\/p>\n

E. Sanz-Santos, S. \u00c1lvarez-Torrellas, M. Larriba, D. Calleja-Cascajero, J. Garc\u00eda, Enhanced removal of neonicotinoid pesticides present in the Decision 2018\/840\/EU by new sewage sludge-based carbon materials, J. Environ. Manage.<\/em> <\/strong>313 (2022) 115020.<\/strong><\/p>\n

Bibliograf\u00eda<\/u>:<\/p>\n

[1]     T.H. Tran, A.H. Le, T.H. Pham, D.T. Nguyen, S.W. Chang, W.J. Chung, D.D. Nguyen, Adsorption isotherms and kinetic modeling of methylene blue dye onto a carbonaceous hydrochar adsorbent derived from coffee husk waste, Sci. Total Environ.<\/em> 725 (2020) 138325.<\/p>\n

[2]     C.H. Giles, T.H. MacEwan, S.N. Nakhwa, D. Smith, Studies in adsorption. Part XI.*<\/sup> A system, J. Chem. Soc.<\/em> 846 (1960) 3973-3993.<\/p>\n

[3]     K.Y. Foo, B.H. Hameed, A rapid regeneration of methylene blue dye-loaded activated carbons with microwave heating, J. Anal. Appl. Pyrol.<\/em> 98 (2012) 123-128.<\/p>\n

[4]     S. Singh, S. Kaushal, J. Kaur, G. Kaur, S.K. Mittal, P.P. Singh. CaFu MOF as an efficient adsorbent for simultaneous removal of imidacloprid pesticide and cadmium ions from wastewater, Chemosphere<\/em> 272 (2021) 129648.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Debido a la cada vez m\u00e1s estricta legislaci\u00f3n relativa a la gesti\u00f3n de los lodos de depuradora, es necesario encontrar soluciones sostenibles y de coste relativamente bajo. Adem\u00e1s, la creciente presencia de contaminantes prioritarios en los efluentes de las EDAR est\u00e1 atrayendo de forma creciente la atenci\u00f3n de la comunidad cient\u00edfica. En este trabajo, se han sintetizado seis carbones activados a partir de cinco lodos de depuradora de diferente origen. Estos materiales han sido empleados para la eliminaci\u00f3n mediante adsorci\u00f3n de tres pesticidas de car\u00e1cter neonicotinoide recogidos en la Lista de Observaci\u00f3n Europea: acetamiprid (ACT), thiamethoxam (THM), e imidacloprid (IMD).\u2026<\/p>\n","protected":false},"author":42,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"ngg_post_thumbnail":0},"categories":[1],"tags":[],"blocksy_meta":{"styles_descriptor":{"styles":{"desktop":"","tablet":"","mobile":""},"google_fonts":[],"version":4}},"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/134079"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/wp-json\/wp\/v2\/users\/42"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=134079"}],"version-history":[{"count":3,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/134079\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":134084,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/134079\/revisions\/134084"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=134079"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=134079"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=134079"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}