Evaluar la capacidad de retención del boro a través de distintos sorbentes y su posterior aplicación en muestras de agua de la cuenca del río Jáchal.

Lopez, Ayelen^a,b Carrizo, Brian^a,b; Suarez, Eva^c; Vega, Mabel^a,b; Vazquez, Sandra^a,b

a. Instituto de Ciencias Básicas – FFHA –UNSJ. Av Libertador1109 (O) San Juan. 5400. Argentina

b. Dpto. de Física y de Química. – FFHA – UNSJ. Av. Ignacio de la Roza 230 (O). San Juan. 5400. Argentina

c. Instituto de Geografía Aplicada. – FFHA – UNSJ. Av. Ignacio de la Roza 230 (O). San Juan. 5400. Argentina

Marco teórico

La cuenca del Río Jáchal abarca diversos ambientes de Cordillera de Los Andes y de la Precordillera. En el departamento Jáchal este permite el desarrollo de cuatro oasis de riego: Jáchal, San Roque-Niquivil, Tucunuco y Mogna. La calidad del agua para riego afecta el rendimiento de los cultivos y a las propiedades del suelo, la misma está determinada principalmente por la cantidad y tipo de compuestos que la constituyen. En algunos casos, esta calidad puede verse alterada de forma natural y se puede deber al tipo de sedimento o área de afloramiento. Así la elevada contaminación de las aguas de la cuenca del río Jáchal en boro, se debe a que el río Blanco desde sus nacientes en las cercanías del Pissis (Catamarca) transita por ambientes de fenómenos posvolcánicos, que le aportan este elemento químico.

El boro es un micronutriente esencial para el crecimiento normal de las plantas, la disponibilidad de boro en el suelo y el agua de riego es un determinante importante de la producción agrícola (Camacho et all. 2008). Este interviene en importantes procesos fisiológicos, como la de integración de la membrana plasmática, síntesis de la pared celular y participación en el proceso de división celular, lo que afecta directamente la calidad de los frutos (Tanaka & Fujiwara, 2007). Los niveles entre los valores de deficiencia y toxicidad son difíciles de manejar, ya que las concentraciones de boro en la solución del suelo, en el cual las plantas sufren efectos tóxicos o deficiencias, es muy estrecha (0.3-1 ppm) considerando que también se debe tener en cuenta que los requerimientos varían entre las distintas especies ( Furlani et al., 2003). Para el caso de la vid, por ejemplo los niveles de tolerancia relativa al boro son de 0,5 – 0,75 μg/mL, siendo tóxicos en una concentración superior a 1 μg/mL (Ayers & Westcot, 1994).

El Instituto Nacional del Agua (INA), en las décadas del 70 y 80 y más recientemente profesionales de la Universidad de Surrey (2004/2005) en conjunto con los profesionales de Río Negro, estudiando la relación boro-salud humana, demostraron el alto contenido de boro en los ríos Jáchal y Huaco, con un promedio de 7,47 ppm (Lhon, Ward, Hill, Marcilla y Allende. 2005).

En este trabajo se evalúa la capacidad de retención del boro a través de distintos sorbentes, dada la alta afinidad que este presenta con los materiales mesoporosos funcionalizados (Sanfeliu, 2015), como por ejemplo carbón de xerogel, carbón de xerogel funcionalizado, nanotubos de carbonos oxidados, entre otros. Resulta interesante realizar la remoción de este elemento, en las muestras de agua a escala de laboratorio, como primer paso, para lograr en un futuro dar solución al problema planteado.

Para ello se usó la metodología SPE (Solid Phase Extraction), en la cual se utiliza una fase estacionaria como sorbente, dicha fase está formada por sorbentes mesoporosos de distinta naturaleza.

Existe una gran variedad de métodos para determinar boro citados en las referencias bibliográficas, siendo los más actuales los métodos instrumentales, que permiten determinarlo a niveles de trazas. Las técnicas basadas en plasma, plasma de acoplamiento inductivo (ICP), al cual generalmente se le une un espectrómetro de masas para mejorar la sensibilidad y la fiabilidad del método (Gäbler & Bahr, 1999; Aggarwal et al., 2003; Roux et al., 2004) se encuentran entre las más citadas. Este tipo de técnicas presentan costos demasiado elevados, lo que hace que el instrumental necesario sea prácticamente inaccesible para laboratorios pequeños. Otros métodos utilizados, son los espectrofotométricos, que se basan en reacciones específicas del boro con compuestos con los que forma complejos coloreados, que son leídos a una longitud de onda característica, siendo de gran sensibilidad y de costos accesibles. Entre los ligandos que conforman el complejo coloreado, la curcumina es de gran aceptación por la comunidad científica. Para evaluar la capacidad de remoción del Xerogel impregnado con curcumina, se procederá a la determinación espectrofotométrica del boro en la solución posterior al contacto con el sorbente.

Objetivo

El objetivo del proyecto es evaluar la capacidad de retención de boro utilizando distintos sorbentes mesoporosos funcionalizados para lograr su remoción en muestras de agua del río Jáchal.

HIPÓTESIS

Los sorbentes mesoporosos funcionalizados seleccionados, pueden retener el boro en un alto porcentaje, permitiendo su remoción de muestras de agua con alto contenido en él.

METODOLOGÍA

Se hizo un estudio de los sorbentes mesoporosos que pudieran por sus características retener boro, diversas investigaciones han demostrado que la mejora en la adsorción de boro se puede lograr impregnando estos materiales con distintos compuestos, como cloruros de calcio y bario, ácidos cítrico, tartárico y salicílico y curcumina. El carbón xerogel es un material poroso carbonado que se ha aplicado exitosamente como sorbente de diferentes elementos. Este xerogel se obtiene luego de carbonizar geles orgánicos obtenidos en el proceso sol-gel por policondensación de monómeros orgánicos multifuncionales en soluciones alcohólicas. La capacidad de modificación específica de este tipo de sorbente facilitó su elección para la retención del boro.

Se utilizaron dos carbones de xerogel modificados, uno impregnado con curcumina y el otro, solamente activado con hidróxido de potasio, optimizándose las condiciones de impregnación y activación.

La obtención de los dos tipos de sorbente se realizó según se detalla a continuacion: 

- Xerogel activado: El Carbón Xerogel se obtiene por la policondensación de resorcinol y formaldehido en solución acuosa utilizando carbonato de sodio como catalizador. Para la obtención de xerogel orgánico se disuelven 9 g de resorcinol y 0,160 g de carbonato de sodio en 18 mL de agua bidestilada bajo agitación. Luego, se agregan 13,5 mL de formaldehido. La mezcla se coloca en baño de agua a 65⁰ C durante 10 horas para su gelificación. Posteriormente, gel orgánico se seca en estufa a 80⁰C durante 24 horas, hasta que el peso sea constante. El gel seco, se tritura hasta obtener un polvo fino y homogéneo. Éste se coloca para su carbonización en mufla a 500⁰ C durante 1 hora. El carbón xerogel obtenido se lava con agua bidestilada y se coloca en centrifuga para eliminar el líquido sobrenadante. Luego, se seca en estufa hasta su peso constante.

- Xerogel impregnado en curcumina:

La solución de curcumina se preparó disolviendo 40mg de curcumina pulverizada y 5,0 g de ácido oxálico en 80mL de alcohol etílico. A continuación, se añadió 4,2 mL de HCl concentrado y se completó a 100mL con alcohol etílico en un matraz aforado de 100mL.

El sorbente se prepara colocando en un vaso de precipitado 5g de carbón xerogel activado al cual se le agrega 20mL de solución de curcumina y se agitó durante 2 horas a 25°C manteniendo el pH 11- 12, con el agregado de una solución buffer. El nuevo carbón xerogel impregnado se coloca en una centrifuga para eliminar el líquido sobrenadante. Luego se seca en un horno a 60°C durante 24 h.

Los sorbentes sintetizados se utilizaron como relleno de dos microcolumnas con 0,45mg de cada una, para retener el boro de las soluciones de concentración conocida.

Las soluciones fluyen a través de las columnas con un caudal de flujo constante, utilizando una bomba peristáltica GILSON (miniplus evelution).

Parámetros como pH, concentración de boro, cantidad de sorbente, tiempo de contacto, caudales de flujo, fundamentales para la remoción del elemento, fueron optimizados.

El boro no retenido por la columna se determinó por formación del complejo coloreado boro-curcumina en solución formando un producto rojo denominado rosocianina. Considerando que su coloración es proporcional a la concentración de boro, se realiza la determinación espectrofotométrica a 540 nm. Para la obtención de la curva de calibración, las lecturas de absorbancia se realizaron en un espectrofotómetro SHIMADZU UV-1800; y las mediciones correspondientes al agua del río Jáchal se realizaron mediante ICP-OES.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

Las muestras de agua fueron tomadas siguiendo el protocolo correspondiente.

Los valores óptimos de los parámetros estudiados para esta metodología resultaron:

- pH óptimo para la retención: 8,0

- Sorbente: xerogel impregnado con curcumina

- Velocidad de flujo: 0,5 rpm

La hipótesis propuesta está confirmada, el boro se logró retener en en la columna de carbón de xerogel impregnado con curcumina, permitiendo así la remoción del mismo en muestras de agua del río Jáchal. El porcentaje retenido por la columna XG-CUR fue del 56 %, coincidente con valores de trabajos publicados.

Postulamos que estudiando el efecto de otras variables, el porcentaje de remoción puede incrementarse. Actividades que están en desarrollo en el proyecto en el cual está enmarcada la beca.

PRODUCCIÓN CIENTÍFICA

- Síntesis de sorbente funcionalizado con urea para retención de metales pesados, 32° Congreso Argentino de Química llevado a cabo en la Ciudad Autónoma de Buenos Aires durante los días 12, 13, 14 y 15 de marzo de 2019.

- Remoción de boro de agua de riego de cultivos a través de carbón xerogel- curcumina 10° Congreso Argentino de Química Analítica a realizarse en la ciudad de La Pampa, Argentina, del 17 al 20 de setiembre de 2019.

Bibliografía

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