Investigadores del IDAS logran degradar pesticidas en aguas contaminadas

Fuente: UNRCiencia

Los insecticidas se eliminaron casi en un 100 por ciento y los herbicidas hasta un 80 por ciento. Lo hicieron mediante procesos fotoquímicos generados con luz solar

Investigadores de la Universidad Nacional de Río Cuarto lograron degradar diferentes pesticidas en aguas contaminadas. Con los insecticidas, la tasa de éxito fue casi del 100 por ciento. Con los herbicidas, en algunos casos, alcanzaron una efectividad de hasta el 80 por ciento.

Aplicaron técnicas complejas que permitieron descontaminar el agua mediante procesos fotoquímicos que se generaron a partir de la utilización de luz natural (del sol) o artificial (con lámparas) como fuentes de energía.

¿Cómo lo hicieron? Irradiaron luz sobre determinados materiales o reactivos químicos amigables con el medio ambiente, para poder obtener así lo que denominaron “especies reactivas de oxígeno”. Y éstas fueron las encargadas de eliminar los diferentes contaminantes estudiados.

Esos ensayos se realizaron en el laboratorio con concentraciones de pesticidas que, incluso, fueron proporcionalmente mayores que las que se conocen hasta ahora en ríos, arroyos o lagos. Así validaron con más certeza los resultados alcanzados.

Es un logro prometedor. Por sus propiedades físico-químicas, compuestos como los insecticidas, herbicidas, fungicidas y otros pesticidas resisten los procesos de degradación de la naturaleza, por lo que su tiempo de vida en el medioambiente puede ser elevado.

Se trata de una investigación que dirige el doctor en Ciencias Químicas José Eduardo Natera, docente e investigador del Conicet en las facultades de Agronomía y Veterinaria y de Ciencias Exactas, Físico-Químicas y Naturales e integrante del Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud (IDAS).

“Nuestro objetivo es degradar insecticidas, herbicidas y pesticidas, que se encuentran en medios acuosos. Nos enfocamos en desarrollar nuevos métodos y técnicas para degradar esos contaminantes. Siempre utilizamos luz, ya sea natural o simulada”, dijo el director del proyecto.

La investigación ofrece, además, ventajas ambientales y económicas. El uso de la luz solar es renovable, abundante y limpia.

Natera trabaja en estrecha colaboración con el doctor Walter Massad, también docente e investigador del Conicet y de la Facultad de Ciencias Exactas.

Ellos forman parte del Grupo de Fotoquímica y Medioambiente de la Facultad de Ciencia Exactas. Es un equipo integrado por docentes investigadores, tesistas doctorales y estudiantes de grado de diferentes carreras, entre quienes se encuentran ingenieros químicos, agrónomos, microbiólogos y licenciados en Química. Ellos centran su trabajo en la degradación fotocatalítica de agroquímicos derivados de petróleo o contaminantes emergentes (no reconocidos), mediante procesos fotosensibilizados y procesos de oxidación avanzados. Además, se especializan en el desarrollo de colorantes poliméricos con actividad fotocatalítica, y en el desarrollo de reactores solares para el tratamiento de agua contaminada.

Pruebas con distintas técnicas

Las técnicas que emplean los científicos locales para la degradación de contaminantes en el agua se basan en procesos fotoquímicos en los que se usan sensibilizadores. Uno de ellos son los colorantes, que pueden ser naturales o artificiales. En referencia a los primeros, el doctor Natera puntualizó: “Empleamos mayormente la riboflavina, conocida también como vitamina B2. Esta vitamina toma la luz solar y, en presencia de oxígeno, se transforma en una especie reactiva, que puede ser un superóxido u oxígeno singlete. Este último es una especie altamente oxidante que se genera por medio de un compuesto activable por luz denominado fotosensibilizador. Estos son los encargados de degradar los contaminantes”.

Por otro lado, precisó: “También estamos probando con reactores solares, mediante el empleo de sensibilizadores o semiconductores, que toman la luz solar y generan las especies reactivas, según los compuestos que agreguemos, que pueden ser las mismas sustancias que mencionamos anteriormente u otro semiconductor como el óxido de titanio”.

Este grupo de trabajo universitario, además, está ensayando otras técnicas de degradación conocidas como Fenton y Foto-Fenton.

La reacción de Fenton, llamada así por su descubridor en 1894, es un proceso de oxidación avanzada en el cual se producen radicales altamente reactivos del hidroxilo. Esto se hace en condiciones de ambiente ácido, con presión y temperatura ambiente, usando peróxido de hidrógeno (H2O2), y una sal de hierro. Esa reacción es la que se emplea para el tratamiento efectivo de aguas residuales. El Foto-Fenton, en tanto, es igual que el Fenton pero con radiación ultravioleta. En ambos casos, el peróxido de hidrógeno, más una sal de hierro, genera un radical OH (hidroxilo), que degrada los contaminantes. En definitiva, la técnica Foto-Fenton consiste en mezclar una sal, como puede ser el sulfato de hierro, y agua oxigenada que, en presencia de luz, reaccionan y generan un radical OH que actúa como degradante.

“Recientemente, logramos probar estas técnicas utilizando agua simulada de río. El trabajo implicó la utilización de un reactor solar y volúmenes de agua por arriba de un litro. El próximo paso es llevar estas pruebas a una escala mayor con la utilización de reactores solares más potentes y, por supuesto, con volúmenes de agua mucho mayores”, adelantó Natera.

Antes de esta nueva etapa en la investigación fabricarán diferentes tipos de reactores, una tarea que estará a cargo del ingeniero mecánico Javier Zizzias, docente e investigador de la Facultad de Ingeniería de esta Universidad, que está colaborando con el grupo. Por lo tanto, el desafío por delante será aplicar las técnicas de degradación de contaminantes estudiadas, en volúmenes mayores de agua, pero utilizando reactores solares más grandes.

Con desechos de la cáscara de maní

Una de las técnicas novedosas que también está aplicando este grupo de científicos universitarios es la fabricación e implementación de quatum dots de carbono obtenido de la cáscara de maní. Son básicamente nanopartículas amorfas fluorescentes pequeñas, de aproximadamente 8 nanómetros (nm), que resultan muy atractivas debido a la relativa simplicidad de su síntesis a partir de precursores abundantes, baratos y no tóxicos.

“Obtenemos quantum dots de carbono calcinando la cáscara de maní. Son nanopartículas de carbono que se encargarán, mediante procesos fotoquímicos, de degradar los contaminantes. Lo interesante de esto último es que tomamos un desecho de la agroindustria y lo transformamos en una sustancia capaz de degradar contaminantes”, subrayó Natera.

El docente universitario reconoció que la degradación de los contaminantes “es muy variable”. Dijo: “Algunos se degradan totalmente, pero hay otros que lo hacen parcialmente, puede ser en un 80, 60 o 40 por ciento. Hay herbicidas, por ejemplo, que no hemos podido degradar o se degradaron muy poco, pero la mayoría de los insecticidas estudiados se degradaron en un 100 por ciento. También ha ocurrido con algunos herbicidas que hemos podido lograr una degradación, pero el resultado fue la generación de un producto aún más toxico, por lo que necesariamente hay que desechar la técnica empleada”.

Agregó: “Hemos aplicado estas técnicas de degradación en herbicidas como Acifluorfen, Oxyfluorfen, Triazina, Isoxaflutole, Picloram y Niclosamida, con insecticidas como Permetrina, Cipermetrina, Imidacloroprid, Crisantemato de etilo, Bioaletrina y Imidacloprid, y fungicidas como Metconazol, Triticonazol, Epoxiconazol y Tebuconazol. Como se ve, es una variedad amplia de sustancias contaminantes. Aún no hemos llegado a estudiar las posibilidades de degradación de herbicidas como el glifosato, porque requieren de técnicas más complejas, aunque ya tenemos un proyecto para llevar adelante la degradación de ese peligroso herbicida.

“Nuestro objetivo, en las pruebas de laboratorio, es que el tiempo para la degradación de estos contaminantes no sea prolongado. Los ensayos se hacen con pequeñas concentraciones de pesticidas, aunque son proporcionalmente mucho mayores que las que se han hallado en los ríos. Esto es para asegurarnos que el método sirve para degradar. El criterio que adoptamos es que una técnica funciona o no en la medida en que la degradación se produzca en una hora o a lo sumo en dos”, resaltó.

En las distintas técnicas, los científicos también realizaron pruebas con lámparas de diferentes longitudes de onda que pueden o no simular la luz solar, para poder controlar diversas variables, lo que no resulta sencillo cuando el trabajo se hace a la intemperie con iluminación natural.

Línea de investigación pionera en la UNRC

La degradación de contaminantes en un medio acuoso mediante técnicas fotoquímicas, a través del empleo de luz natural o artificial, inauguró una línea de investigación pionera en la Universidad Nacional de Río Cuarto.

El equipo que lideran los doctores Massad y Natera se focalizó en los últimos diez años, particularmente, en la degradación de pesticidas, pero también ensayó con antibióticos y otros residuos de la industria farmacéutica que asimismo son fuentes contaminantes del agua.

En este marco, la investigación que están llevando a cabo los científicos de la UNRC ofrece ventajas ambientales y económicas, al utilizar energía renovable, abundante y limpia, como la solar. Además, por los resultados obtenidos, todos publicados en revistas internacionales de alto impacto científico, los fotosensibilizadores se presentan como un método eficiente para el tratamiento de los compuestos químicos contaminantes de medios acuosos.

Debido a sus propiedades físico-químicas, compuestos como los insecticidas, herbicidas, fungicidas y otros pesticidas resisten los procesos de degradación naturalmente presentes en el medio ambiente, por lo que su tiempo de vida media puede ser elevado.

Por su parte, los tratamientos de aguas residuales que emplean métodos convencionales, como la separación de partículas a través de un medio poroso, no arrojaron hasta el momento resultados satisfactorios para la degradación de los contaminantes mencionados.

Como resultado de la actividad agrícola intensiva, grandes volúmenes de agua que contienen altas cantidades de pesticidas son generados durante la limpieza de equipos fumigadores y recipientes de agroquímicos. Estos residuos, juntamente con los producidos a partir de la aplicación directa de estos agrotóxicos, ingresan al ambiente por escorrentía superficial o filtración directa en el terreno.