Pectin-based adsorbents for remediation of contaminated water with pharmaceutical products and heavy metal

Abstract

En nuestro planeta podemos ver agua en todas sus formas: gaseosa en las nubes, sólida en los glaciares, o líquida en ríos o mares. El agua es trascendental para la vida en la tierra ya que regula la temperatura del medio ambiente adecuadamente y, por lo tanto, se convierte en un factor que determina la supervivencia de la fauna y flora. En los seres humanos, el agua está directamente relacionada con el transporte de nutrientes, la eliminación de toxinas o la lubricación de tejidos participando en las reacciones químicas y en las reacciones metabólicas. Sin agua no podríamos además criar animales, cultivar, lavar los alimentos o mantener una buena higiene.Hasta el siglo XX el agua se ha considerado un recurso inagotable. Sin embargo, el crecimiento de la población mundial y el cambio climático han provocado que en el siglo XXI se haya convertido en un bien escaso. Además, el agua disponible está contaminada fundamentalmente por actividades humanas como la agricultura, ganadería, industria y, parcialmente por razones naturales como erupciones volcánicas. En este contexto se ha vuelto crucial disponer de metodologías o sistemas que permitan de una manera eficiente y económica descontaminar o remediar el agua que disponemos.Esta tesis se centrará en el desarrollo de adsorbentes para la remediación de agua dulce contaminada. Si bien existen muchos tipos de contaminantes diferentes, me concentraré en los llamados ¿contaminantes emergentes¿, una colección de moléculas presente en agua dulce que engloban los productos de cuidado personal, fármacos, plaguicidas y otros productos químicos industriales. De hecho, durante 2023 las regulaciones europeas y españolas del agua para consumo incluirán una extensa lista de estos contaminantes.Los metales pesados proceden de fuentes naturales (como la erosión de rocas compuestas por metales pesados o las erupciones volcánicas) o por actividad humana (la minería y los vertidos industriales). El consumo prolongado de agua contaminada por metales pesados puede acarrear serios problemas de salud, ya que no se pueden metabolizar y se acumulan en tejidos específicos. Diferentes entidades gubernamentales (Unión Europea (UE), la Organización Mundial para la Salud (OMS) o la Environmental Protection Agency (EPA, Estados Unidos) han establecido las concentraciones máximas permitidas en agua potable para cada tipo de metal.En lo que se refiere a los fármacos, estos provienen estrictamente de la actividad humana. Las principales fuentes de contaminación por antibióticos son los efluentes de las fábricas productoras de hospitales y del uso personal de estos compuestos. Sin embargo, el mayor vertido proviene del uso veterinario en producciones ganaderas y acuícolas. El mayor problema de la incorporación de antibióticos en el agua es el riesgo de contribuir a la generación de bacterias resistentes. Estas bacterias pueden desarrollar genes de resistencia hacia esos antibióticos, con el resultante riesgo de que, si una persona se enferma con este tipo de bacterias, los antibióticos a los cuales ha estado expuesta esa bacteria no tendrán efecto para remitir la infección. En cuanto a la regulación, aun se necesita más investigación para determinar los límites de antibióticos en agua y el daño potencial que estos pueden causar a largo plazo.Entre los tratamientos más modernos para la mitigación del impacto de contaminantes emergentes en agua se encuentran la irradiación ultravioleta, sistemas bio-electroquímicos, procesos oxidativos, filtración por membrana y adsorción. En esta tesis, se ha elegido la adsorción debido a su bajo coste, diseño simple, bajo requerimiento energético y bio-degradablilidad de los materiales empleados. Otra premisa que hemos utilizado es la no utilización de nano-partículas.Esta tesis se centrará en el método de adsorción para mitigar el impacto de los contaminantes emergentes. La adsorción es un fenómeno en el que moléculas, átomos o iones presentes en una solución acuosa se retienen en la superficie de un material sólido por medio de interacciones químicas o físicas. Numerosos tipos de adsorbentes han sido desarrollados para el tratamiento de aguas contaminadas, como el carbón activado, zeolitas o arcillas minerales.El material base elegido para la adsorción es la pectina. La pectina es un heteropolisacárido presente en la pared celular de plantas superiores. Se encuentra en grandes cantidades en frutos. Es un material económico ya que se puede extraer de descartes que genera la industria del zumo (cáscaras de cítricos o la pulpa de la manzana). De esta manera se reaprovecha un descarte para darle un segundo uso, por lo que se estimula la economía circular. Además, se trata de un material biodegradable.