Cafeína sería útil para obtener combustibles menos contaminantes

 Por norma, los combustibles como la gasolina y el diésel deben pasar por un proceso que reduce la cantidad de compuestos azufrados (desulfuración) para que sean menos contaminantes y se puedan comercializar. Como estos procesos son costosos y peligrosos por utilizar compuestos tóxicos, una ingeniera química de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) desarrolló y puso a prueba dos compuestos alternativos obtenidos a partir de la cafeína –que es más económica y fácil de manipular–, los cuales alcanzaron porcentajes prometedores de desulfuración.

La desulfuración se realiza con el fin de que cuando se dé la combustión –es decir cuando los carros, aviones y otras máquinas están funcionando– estos compuestos azufrados no se conviertan en dióxido de azufre, un gas dañino para el medioambiente y la salud, entre otras cosas porque puede desencadenar una lluvia ácida.

“Actualmente existen leyes que regulan que las cantidades mínimas sean de 10 partes por millón (ppm), y aunque también hay métodos tradicionales para lograrlo, estos utilizan compuestos muy tóxicos, son procesos costosos e implican un gran gasto de energía”, explica la ingeniera química Laura Sofía Benavides Maya, estudiante de la Maestría en Ingeniería - Materiales y Procesos de la UNAL Sede Medellín.

Por eso se propuso buscar una alternativa a partir de la creación y el uso de líquidos iónicos y solventes eutécticos profundos, que hacen más sostenible el proceso de desulfuración. “Los líquidos iónicos son sales orgánicas o inorgánicas, compuestas por cationes y aniones (cargas positivas y negativas), con puntos de fusión por debajo de los 100 ºC, lo que ayuda a que se gaste menos energía en calentamientos, entre otras cosas”, continúa.

Así mismo, tienen baja toxicidad, capacidad de regenerarse y son fáciles de preparar porque no requieren etapas de purificación. “Por otro lado, los solventes eutécticos profundos son mezclas que aceptan y donan enlaces de hidrógeno, de manera que al combinar porciones específicas reducen su punto de fusión y dan paso a un líquido con propiedades similares a los líquidos iónicos”.

De un proceso costoso a uno económico

En la actualidad ya se han desarrollado líquidos iónicos a partir de imidazol, un compuesto orgánico que contiene carbono, nitrógeno e hidrógeno, y que aún así suele ser muy costoso (alrededor de 452 dólares por kilogramo), lo que ha limitado su aplicación a gran escala. “De ahí el interés por utilizar cafeína (que ronda los 131 dólares por kilogramo), un compuesto de carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno que contiene en su estructura un anillo de imidazol”.

Así pues, la investigadora Benavides, con la asesoría de la profesora Luz Marina Ocampo Carmona, directora del grupo de investigación Ciencia y Tecnología de Materiales, de la Facultad de Minas de la UNAL Sede Medellín, utilizó cafeína comercial para obtener los líquidos iónicos de interés. “Primero hicimos que reaccionara con cloruro de hidrógeno anhidro (sin agua) en una atmósfera inerte, con el fin de convertirla en una sal de amonio cuaternario”.

Así se obtuvo clorhidrato de cafeína, el cual se caracterizó mediante técnicas como espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier. “Buscábamos comprobar que en ese clorhidrato se había formado el enlace nitrógeno-hidrógeno en el anillo de imidazol”, agrega.

Posteriormente agregó tricloruro de hierro –en dos cantidades diferentes– con el fin de obtener un líquido iónico con viscosidad manejable. “Por otro lado, sintetizamos dos solventes eutécticos profundos utilizando etilenglicol (donante de enlaces de hidrógeno) y los pusimos a prueba, al igual que los líquidos iónicos, en la desulfuración de un combustible modelo, es decir creado en laboratorio”.

De este modo evidenció que con el líquido iónico se lograba un porcentaje máximo de desulfuración del 12,9 % mientras con el solvente eutéctico profundo hasta un 17,4 %. “Aunque son resultados prometedores, vimos que los anillos aromáticos de azufre son débiles como aceptores de puentes de hidrógeno, lo que se podría reflejar en los bajos índices de desulfuración”, agrega.

Este análisis es el punto de partida de otras investigaciones que busquen mejorar los procesos de desulfuración actuales. “Dichos aspectos se pueden mejorar aplicando más etapas de extracción en el proceso; reciclando los líquidos iónicos y los solventes eutécticos; evaluando tiempos más prolongados; y considerando otros aniones para la síntesis, por ejemplo”.

La investigación está enmarcada en el proyecto “Desarrollo de líquidos iónicos a base de cafeína para la desulfuración de combustibles”, código Hermes 54126. La profesora Ocampo menciona que “a futuro esperamos consolidar análisis que lleven a cabo un proceso similar, pero obteniendo la cafeína de residuos de café, lo que haría aún más sostenible la actividad”.

Polímero + arcilla = limpieza de agua contaminada con dañino colorante industrial

 Así lo demostró un experimento realizado en laboratorio, en el cual se mezclaron el quitosano y la bentonita, que, aunque no son superhéroes, sí tienen el poder de la limpieza. El primero es un polímero abundante en la naturaleza y recubre el cuerpo de crustáceos, insectos y hongos, y el segundo, es una arcilla fina formada de ceniza volcánica; al combinarlos removieron en un 90 % agua contaminada con tartrazina, colorante artificial amarillo usado por la industria en helados, panes o bebidas.

La tartrazina representa el 30,78 % de los colorantes más presentes en aguas residuales por encima del rojo y el azul, es altamente soluble y de difícil remoción; tiene una vida media de 300 días en presencia de rayos ultravioleta y su vertimiento presenta un riesgo para el ambiente, ya que impide la penetración de la luz, lo cual afecta los procesos fotosintéticos y el oxígeno disuelto, afectando la flora y fauna de ríos y quebradas entre otros afluentes.

Además, tiene un efecto toxico para algunas especies acuáticas, ya que su descomposición genera aminas aromáticas (sustancias cancerígenas y mutagénicas), por esta razón su tratamiento forma parte de evaluaciones y estudios.

Willy Alexander Velásquez Bustos, magíster en Ingeniería - Ingeniería Ambiental, del Grupo de Investigación en Procesos Químicos, Catalíticos y Biotecnológicos (PQCB) de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales, probó una alternativa a la captación de colorantes artificiales durante la producción de alimentos, antes de verter el agua de las industrias a ríos y quebradas.

Afirma que, “la bentonita y el quitosano, fáciles de conseguir en el mercado, son eficaces para diseñar métodos de cristalización de aguas, algo que se logra mediante la adsorción, técnica en la que se produce un compuesto de ambos materiales permitiendo que la tartrazina se adhiera a la superficie de la sustancia mezclada en cortos lapsos”.

En cinco ensayos, el investigador trituró una muestra de bentonita que pasó a través de un tamiz (rejilla) para conseguir la muestra más fina del producto; después agregó este fino polvo a un recipiente con agua, y sobre este puso el quitosano; durante 24 horas ambas sustancias se mezclaron en un agitador magnético.

“La estructura molecular de la bentonita genera dos capas, una superior y una inferior, dejando un espacio en medio para que las partículas del quitosano se adhieran generando un compuesto de dos materiales”, señala el investigador.

Para garantizar la mezcla entre los materiales se añadió una pequeña cantidad de glutaraldehído, compuesto químico que garantiza que el quitosano no se disuelva en el agua.

Posteriormente, la muestra se secó a temperatura ambiente, adquiriendo una forma gelatinosa que se trituró y tamizó de nuevo; el resultado fue un polvo fino de tonalidad gris, listo para ser añadido al agua contaminada con tartrazina.

De las cinco muestras de agua residual utilizadas, cuatro fueron artificiales, es decir, creadas en el laboratorio, mientras que la quinta sí fue real, obtenida de una industria alimentaria de Manizales.

Este proceso se hizo teniendo en cuenta diferentes variables como el pH, tiempo de contacto, la carga de adsorbente y la concentración del colorante, dentro de la muestra, con el fin de determinar el valor exacto en el cual se podría generar una contención del colorante.

Así, se evaluaron muestras desde los 30 hasta los 100 mg de tartrazina por litro de agua, a tres temperaturas: 25, 35 y 45 °C, con valores en pH de 3,5, una carga de adsorción del compuesto de 0,2 a 0,4 gramos por litro y una agitación constante 300 revoluciones por minuto a 120 minutos durante 24 horas.

Los resultados mostraron que el valor indicado para remover un 98,6 % del colorante de la muestra es a los 45 °C durante 120 minutos con un compuesto de quitosano y bentonita al 4 % por litro de agua.

Es importante destacar que, a pesar de ser un polvo fino, este no se disuelve en el agua, por lo que se debe retirar mediante un proceso de filtración por celulosa. Este método separa las partículas sólidas o materiales no deseados del líquido mediante un papel de filtro con porosidad controlada, dejando el agua libre de residuos sólidos, en este caso, el compuesto con quitosano y bentonita.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Porque gritan las personas...???

Una breve historia de un contaminante del medio ambiente.....

" Un día, un Rey pregunto a sus siervos lo siguiente:

¿Porque la gente se grita cuando están enojados?

Los hombres pensaron unos momentos:

... Porque perdemos la calma - Dijo uno - por eso gritamos.

Pero ¿Porque gritar cuando la otra persona esta a su lado? - Pregunto El Rey - ¿No es posible hablarle en voz baja?¿Porque gritas a otra persona cuando estas enojado?.

Los hombres dieron algunas otras respuestas pero ninguna de ellas satisfacía al Rey.

Finalmente él explicó:

Cuando dos personas están enojadas sus corazones se alejan mucho.

Para cubrir esa distancia deben gritar, y así lograr escucharse.

Mientras mas enojados estén, mas fuerte tendrán que gritar para escucharse uno a otro a través de esa gran distancia.

Luego el Rey preguntó:

¿Que sucede cuando dos personas se enamoran?

Ellos no se gritan sino que se hablan suavemente, ¿porque?

Porque sus corazones están muy cerca. La distancia entre ellos es muy pequeña.

El Rey continuó

Cuando se enamoran más aún, ¿qué sucede?

No hablan, solo susurran y se vuelven aún mas cerca en su amor.

Finalmente no necesitan siquiera susurrar, solo se miran y eso es todo.

Así es cuan cerca están dos personas cuando se aman.

Luego El Rey dijo:

¨ Cuando discutan no dejen que sus corazones se alejen, no digan palabras que los distancien más, llegará el día en que la distancia sea tanta que no encontraran mas el camino de regreso.¨"