Carbón activado derivado de biomasa de cannabis para eliminación de Paracetamol.
Una investigación realizada en Asia utilizó carbón activado derivado de cannabis para eliminar paracetamol del agua; un contaminante emergente presente en muchos países.
El agua limpia es un recurso vital que puede convertirse en un riesgo tóxico cuando se contamina, sea principalmente derivado de actividades humanas llegando a ser incluso en otros casos un foco de infección al transmitir patógenos.
El carbon activado (CA) derivado de biomasa de cannabis podría ser un recurso de obtención rápida y económica para la eliminación de contaminantes emergentes presentes en aguas residuales como el Paracetamol, según estudio realizado en el continente asiático (el cual reseñamos más adelante).
Aunque el CA se puede obtener de diferentes biomasas, existen variedades de cannabis de crecimiento rápido y generalmente los residuos leñosos se consideran un desecho, pero en realidad se le pueden dar valor agregado y tener múltiples aplicaciones para diferentes industrias.
Principales fuentes de contaminación del agua
El uso de adsorbentes derivados de biomasa así como la oxidación por cloro entre otras tecnologías para la eliminación de contaminantes en líquidos como el agua se ha utilizado durante mucho tiempo. Entre ellos el uso de carbón activado.
Fuente de entrada de los desechos farmacéuticos al medio ambiente a partir de la prescripción
El uso de múltiples medicamentos farmacéuticos es una practica común en la población, más aún los fármacos de venta libre que son de fácil acceso al no necesitar una receta médica. Entre los fármacos más usados en México están los medicamentos antiinflamatorios no esteroideos (AINE) usados generalmente para combatir el dolor, disminuir la inflamación y la fiebre. Entre los más comunes y conocidos se encuentran el ácido acetilsalicílico, paracetamol, ibuprofeno, naproxeno y diclofenaco. Su uso es extendido e inevitable también debido a que se consideran seguros (excepto en dosis altas). Dentro del ámbito hospitalario y ambulatorio en nuestro país los fármacos antiinfecciosos y antiulcerosos son muy consumidos, esto puede suponer un aumento de estos en el ambiente, además del mal manejo de las mermas y fármacos caducos, muchos de los compuestos después de ser consumidos se excretan en la orina y otros desechos biológicos como metabolitos activos que pueden llegar principalmente a aguas residuales.
Se han detectado varios de estos fármacos en aguas superficiales y subterráneas en regiones de la zona central de México. En general se han detectado b-bloqueadores, hipolipemiantes, antibióticos, hormonales, fármacos del sistema nervioso central, antidiabéticos y antiinflamatorios. Esto puede generar un impacto de ecotoxicidad pues pueden suponer un riesgo ambiental al entrar en contacto con diferentes organismos. También se han realizado estudios en otros países sobre los contaminantes emergentes presentes en sus corrientes de aguas superficiales y aguas residuales.
Uno de los AINE más utilizados por la población mexicana es el paracetamol.
Rutas de entrada en el medio ambiente de los productos farmacéuticos. Fuente: Yang et al., 2017.
Según la bibliografía consultada el paracetamol puede llegar a tener una vida media de 22h expuesto al aire y 40 días en el agua. Al parecer los fármacos que tienen una alta solubilidad en agua no tienden a acumularse en el suelo ni en la biota por ser sustancias muy polares, sin embargo, los fármacos con altos valores de coeficiente de partición n-octanol/agua tienen alta probabilidad de adsorberse en suelos y de acumularse en organismos vivos; las sustancias con un coeficiente de adsorción alto tenderán a adsorberse en el suelo y por lo tanto tendrá un alto potencial para contaminar las aguas superficiales.
El tratamiento de aguas residuales supone un gasto adicional para las comunidades e industrias donde se realiza, por lo que generalmente se selecciona el proceso más económico, además de que las plantas convencionales de tratamiento de aguas potables y residuales no están especialmente diseñadas para eliminación de estos contaminantes. Cabe destacar que entre los contaminantes emergentes además de productos farmacéuticos se encuentran productos de higiene personal, aditivos y residuos industriales, nanomateriales, pesticidas entre otros.
Entre las técnicas para la eliminación de contaminantes se encuentran procesos de oxidación avanzada, ósmosis inversa y directa, filtración por membrana, degradación UV, irradiación ultrasónica y degradación electroquímica, procesos fisicoquímicos como coagulación, precipitación química y Fenton. Hay investigaciones que contemplan la combinación de procesos de oxidación avanzada utilizando ozono y peróxido de hidrógeno para eliminación de ibuprofeno y diclofenaco. Estas técnicas pueden suponer un alto costo por lo que se han realizado experimentos en el uso de otras tecnologías como es el tratamiento biológico por humedales artificiales que ha demostrado poder ser una tecnología eficiente, de menor costo y bajo impacto ambiental aunque con algunas desventajas por requerir en ciertas situaciones extensiones de terreno superiores a la de los sistemas convencionales por su baja velocidad de degradación que los hace mas lentos. También se han realizado estudios con sistemas de biorreactores de membrana (BRM) que es una tecnología que combina el proceso de degradación biológica usando biomasa fija o en estado suspendido con una separación sólido-líquido por filtración utilizando una membrana.
Tren de tratamiento de un sistema de aguas residuales municipales. Fuente:https://tratamientodeaguasresiduales.net/tipos/.
Un estudio colaborativo entre investigadores de universidades en China y Pakistán ha utilizado carbón activado (CA) obtenido de plantas de cannabis que crecen por si solas en lotes baldíos o a orillas de carreteras para caracterizar su nivel de adsorción de paracetamol presente en agua; aunque por el momento es superado por carbón activado obtenido de otras biomasas como el hueso de aceituna, el CA derivado de cannabis es un producto que puede reducir los costos de las comunidades o industrias como método de eliminación de residuos del agua potable por su rápida obtención y bajo costo.
El articulo menciona que el cannabis recolectado se picó, se seco y se molió hasta obtener un polvo . El CA se preparo a partir de ese polvo mediante un protocolo ya conocido al cual se le hicieron pequeñas modificaciones.
Resumen gráfico del artículo de investigación sobre las características de adsorción para remover paracetamol con carbón activado derivado de cannabis.
Los factores que se tomaron en cuenta en el experimento fueron el pH, tamaño de partícula adsorbente, concentración de CA, tiempo de contacto, velocidad de agitación y temperatura. A través de algunas ecuaciones se calculó la capacidad de adsorción, coeficiente de distribución y la eficiencia de sorción.
Los experimentos de adsorción se realizaron por triplicado y también se realizaron análisis cinéticos.
Se observo en los estudios de adsorción que el pH es un parámetro imperativo que influye significativamente en la eficiencia del proceso, obteniendo un valor de pH=4 como óptimo para una mayor eficacia de eliminación (40%) y capacidad de adsorción (13.2 mg/g).
En el estudio del efecto de tamaño de partícula del adsorbente se vario el tamaño entre 50 micrómetros y 150 micrómetros, el estudio obtuvo como resultado que el tamaño de particula de 74 micrómetros tiene una mayor eficiencia en la eliminación (40%). En el efecto del tiempo de retención se varió entre 30 min. a 480 min.; en los primeros minutos del proceso se observó una tasa de adsorción relativamente baja y que se aceleró a los 120 min., el equilibrio se alcanzó a los 240 min., después de ese tiempo se produjo la saturación. El efecto de la concentración de adsorbente sobre el fenómeno de sorción se investigó variando la cantidad de CA de 0.02 g a 0.12 g manteniendo los demás parámetros constantes. El resultado observa que la eficiencia de sorción y la capacidad de adsorción varían inversamente. El efecto de la velocidad de agitación se varió entre 100 rpm a 300 rpm ara observar la relación entre la tasa de agitación y la eficiencia de adsorción. El resultado observa que la eficiencia de sorción mas alta (37%) se logró a 200 rpm.
También se midió el efecto de la temperatura entre los parámetros de 10ºC a 40ºC en intervalos de 10ºC y se observó que la máxima eficiencia de sorción (33%) y capacidad de adsorción (13.4% mg/g) se logró a 40ºC.
Entre otros datos estudiados se encuentran el equilibrio de adsorción, cinética de adsorción y termodinámica de adsorción.
El estudio concluye entre otros resultados, que la sorción del paracetamol depende del pH y la máxima adsorción se logró a pH=4 en 4h a 40ºC. Por lo que el proceso desarrollado puede ser utilizado para la eliminación de fármacos de naturaleza AINE en aguas residuales.
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