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Carbón activado, una solución para limpiar residuos farmacéuticos del agua

Tomarse un acetaminofén para aliviar un dolor de cabeza es casi un acto rutinario. Como este son muchos los productos farmacéuticos que nos acompañan en nuestra vida diaria y que consumimos de manera considerable. Aunque los hemos integrado a nuestra cotidianidad, ¿realmente sabemos qué hacer con ellos cuando están vencidos o en desuso?

La respuesta es no, según los resultados de un estudio realizado por el Centro de Información de Medicamentos (Cimun) de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL).

Con una muestra conformada por 450 encuestas realizadas en Bogotá, Barranquilla, Bucaramanga y Cali, además de información suministrada por seis laboratorios y cinco instituciones hospitalarias, los resultados del estudio mostraron que el 22 % de la muestra arroja los medicamentos a la basura, el 18 % los dona a otras instituciones, otro 18 % no tiene conocimiento sobre el procedimiento a seguir en estos casos, solo el 3,8 % los entrega en puntos especiales para ser reciclados, y el 6 % los arroja al inodoro o al lavamanos.

Estos últimos, e incluso los residuos de los medicamentos que consumimos y que desechamos a través de la orina, se han convertido en un tema de interés para investigadores nacionales e internacionales, bien sea para identificar la magnitud del problema, o para subsanarlo.

El segundo camino fue el que decidió seguir Valentina Bernal Fernández, doctora en Ciencias Química de la UNAL, quien trabajó con carbón activado, que es cuando se acude a procesos químicos o térmicos para hacer más poroso un carbón, con lo que aumenta su capacidad de adsorción (fenómeno por el cual un sólido o un líquido atrae y retiene en su superficie gases, vapores, líquidos o cuerpos disueltos). Esa es la razón por la cual a menudo se emplea el carbón activado para capturar contaminantes y para purificar agua.

La idea de la doctora Bernal era evaluar cómo se da el proceso de adsorción de cinco moléculas presentes en productos farmacéuticos: fenol, ácido salicílico, acetaminofén, metilparabeno y triclosán, y cómo se puede mejorar tal proceso. Para su trabajo contó con la dirección de la profesora Liliana Giraldo Gutiérrez, del Departamento de Química, directora del Grupo de Investigación en Calorimetría.

Un problema en aumento

Según el informe “Pharmaceuticals in the environment: Global occurrence and potential cooperative action under the Strategic Approach to International Chemicals Management (SAICM)” de la Agencia Ambiental Alemana, en fuentes hídricas se han determinado 631 moléculas provenientes de medicamentos o de productos de limpieza y aseo personal en 71 países de los 193 que conforman la Organización de las Naciones Unidas (ONU).

Aunque en Colombia y en Latinoamérica es poca la información que existe sobre este fenómeno, el año pasado un grupo de científicos de las universidades Jaime I de España, Antonio Nariño de Bogotá, de Antioquia y la de la Amazonia en Florencia, Caquetá, publicaron en la revista Science of the Total Environment resultados de una investigación en la que se analizaron muestras de aguas residuales urbanas recolectadas en las plantas de tratamiento de Bogotá y Medellín, además de aguas residuales sin procesar del Hospital de Tumaco y de la ciudad de Florencia.

El estudio encontró concentraciones de hasta 50 microgramos por litro (μg/L) de acetaminofén, y además mostró que varios antibióticos –como azitromicina, ciprofloxacina y norfloxacina– y fármacos antihipertensivos –como losartán y valsartán– estaban presentes en niveles superiores a 1 μg/L.

¿Qué significan esos niveles? que las plantas de tratamiento de agua residuales sobre las que se realizó la investigación parecían no eliminar de manera eficiente los compuestos en estudio. Es decir que por sus características químicas, las depuradoras no alcanzan a eliminar por completo las grandes cantidades de las sustancias analizadas que son vertidas a través de los sistemas de desagüe.

Por tanto, los resultados de la investigación de la doctora Bernal aportan datos que contribuyen a mejorar los diseños de los filtros para optimizar procesos de purificación del agua.

Para ver cómo el carbono activado mejora la depuración, la doctora Bernal recreó sintéticamente un agua con cinco fármacos: el acetaminofén y el ácido salicílico (que compone la aspirina), los dos analgésicos más vendidos en Colombia; el triclosán, que es ampliamente usado en cosméticos y productos de aseo; el metilparabeno, que también se usa como preservante en cosmética y medicamentos, y el fenol, utilizado en la industria química, farmacéutica y clínica como fungicida, bactericida, antiséptico y desinfectante.

Ante esta mezcla se probó la capacidad de adsorción de un carbón activado granular de uso comercial preparado a base de coco. Este se sometió a tratamientos de modificacióń química con ácido nítrico (HNO3) y reducciones térmicas a 800, 900 y 1.000 oC con el objeto de eliminar del carbón activado muchos de los grupos químicos que podían reducir su capacidad de adsorción. Este proceso se conoce como “craqueo térmico”, y consiste en descomponer un compuesto químico (normalmente orgánico) en compuestos más simples.

“La masa del carbón activado y el agua con el compuesto se agita por lo menos durante una semana a una temperatura constante, y en seguida se toma una muestra del agua remanente (de la superficie) y se lee en el espectrofotómetro, ya que estas moléculas pueden ser cuantificadas a través del ultravioleta visible”, explica la investigadora sobre las pruebas que se realizaron para probar la adsorción del carbón antes y después de ser modificado.

El resultado del trabajo de investigación encontró que aunque el proceso de adsorcióń de los compuestos farmacéuticos con el carbón activado sin modificar tiene una buena perspectiva y los alcanza a capturar en cierta medida, aún presenta interacciones débiles entre las moléculas de los fármacos y el material adsorbente, lo que quiere decir que su afinidad no fue la mejor.

Por el contrario, quedó demostrado que la modificación térmica aumentó la capacidad de adsorción de los compuestos analizados alrededor de un 10 % más en comparación con el carbón activado a base de coco sin modificar.

Una mejor opción

Los métodos más empleados para la limpieza de fuentes hídricas –como la oxidación avanzada, la cloración y la ozonización– presentan un problema: cuando involucran moléculas reactivas como las que están presentes en muchos fármacos, pueden llegar a transformarlos en compuestos más tó́xicos por el uso de agentes como el peróxido de hidrógeno, el ozono y el cloro. Por lo tanto la adsorción sobre carbón activado es una alternativa a otros procesos que se emplean para purificar el agua.

Además, según la profesora Giraldo el mayor aporte que se hace desde este estudio es la descripción del proceso de adsorción de estos compuestos de uso farmacéutico desde el punto de vista de la producción y el consumo de energía durante su interacción con el carbón activado: “estas determinaciones se pudieron llevar a cabo a través de una técnica que se utiliza desde hace varios años en nuestro grupo de investigación, que es la calorimetría”.

Esa metodología sirvió para caracterizar el flujo de energía que se presenta cuando una molécula entra en contacto con el carbón activado, de esta manera se puede evaluar cuándo existe una mayor capacidad de adsorción.

Según manifestó la doctora Bernal, este aspecto se ha estudiado poco, por lo que este trabajo recibió dos premios en congresos internacionales por su carácter novedoso.

“Como también llevamos a cabo estas mediciones con el agua sin compuestos, podemos utilizar la diferencia para saber cuánta energía se libera cuando una determinada molécula farmacéutica entra en contacto con ese carbón activado", asegura la investigadora.

Esa información les permite a otros profesionales, como los ingenieros químicos, tener en cuenta la transferencia de energía como parte de los procesos en los que se diseñan los filtros de agua de planta, datos precisos con los que hasta el momento no se contaba.

Con esta investigación se hace más palpable la esperanza de tener agua más depurada, mediante filtros más efectivos.

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