Del desperdicio al tesoro: Explorando el potencial de los materiales carbonosos provenientes del pan quemado para la absorción sostenible de contaminantes
Escrito por Mtro. Martín Pacheco-Álvarez, Dr. Juan Manuel Peralta-Hernández y Dr. Oracio Serrano-Torres.
Resumen
En la exploración de respuestas novedosas para abordar la contaminación y gestionar los desechos alimentarios, se ha identificado que los materiales carbonosos (MC) obtenidos a partir de la quema de pan emergen como protagonistas inesperados. Al impregnar estratégicamente estos materiales con metales como iridio, rutenio y cobalto, se pone en evidencia su capacidad eficiente para adsorber contaminantes, además de abordar de manera simultánea la gestión de residuos alimentarios. La estructura porosa de estos materiales facilita una interacción molecular efectiva, atrayendo selectivamente contaminantes y ofreciendo soluciones integrales para diversos problemas ambientales, que van desde la eliminación de colorantes en el agua hasta la purificación del aire en entornos urbanos. Este enfoque destaca la eficacia de dichos materiales, con la concomitante contribución a la sostenibilidad y la economía circular, convirtiendo desechos comunes en valiosos recursos. Los MC derivados de la quema de pan se presentan como líderes en la sostenibilidad ambiental, evidenciando que las soluciones más efectivas a menudo surgen de fuentes inesperadas.
Palabras clave: materiales carbonosos, colorantes, sostenibilidad, medio ambiente.
Introducción
En las últimas décadas, la conciencia ambiental se encuentra en un constante crecimiento y la amenaza de la contaminación aumenta sobre nuestro planeta, por lo que la búsqueda de soluciones novedosas e impactantes se convierte en una necesidad urgente. En este panorama desafiante, los materiales carbonosos (MC), que son compuestos basados en carbono como componente principal, surgen como una opción innovadora gracias a sus propiedades únicas, como resistencia mecánica, conductividad eléctrica y estabilidad térmica. Además, gracias a su estructura porosa y alta área superficial, son efectivos en la adsorción de contaminantes en el agua y el aire (Borrell Tomás y Salvador Moya, 2015). Estos materiales pueden ser obtenidos de diferentes fuentes (Carriazo et al., 2017; Castellar-Ortega et al., 2019); una de estas alternativas es el pan quemado que, potenciado con metales, se presenta como un innovador candidato en la adsorción eficiente de contaminantes.
Este inusual defensor del medio ambiente demuestra ser una opción sostenible y económicamente viable, que contribuye a una respuesta ingeniosa a la creciente preocupación por la gestión de residuos alimentarios y la contaminación ambiental. Al reciclar pan quemado para crear MC mejorados, se presenta una oportunidad única para abordar dos problemas críticos de manera simultánea.
Método
Este proceso comienza con la recolección de pan quemado como materia prima. Luego, se agregan diferentes compuestos químicos para dopar este material con diferentes metales (IrCl3, RuCl3, CoCl3, al 3 % en peso) para mejorar sus propiedades. Posteriormente, se tritura el material para obtener partículas finas y homogéneas. Después, se somete a un proceso de calcinación a 800°C para eliminar impurezas y activar el material. Finalmente, los diferentes materiales obtenidos (MC, MC-Ir, MC-Ru, MC-Co) se prueban en la remoción de contaminantes, aprovechando su capacidad de adsorción para purificar el agua contaminada (figura 1). El uso de estos materiales carbonosos para la adsorción ofrece una ventaja significativa en términos de simplicidad y conveniencia, al eliminar la necesidad de equipos altamente especializados para su preparación, lo que ahorra tiempo y reduce costos.
Este inusual defensor del medio ambiente demuestra ser una opción sostenible y económicamente viable, que contribuye a una respuesta ingeniosa a la creciente preocupación por la gestión de residuos alimentarios y la contaminación ambiental. Al reciclar pan quemado para crear MC mejorados, se presenta una oportunidad única para abordar dos problemas críticos de manera simultánea.
Desarrollo
La efectividad de los materiales obtenidos para la remoción de contaminantes se evaluó mediante un sistema tipo tanque agitado a escala laboratorio. En estos experimentos se adicionó una dosis 5 mg de MC en 50 mL de una solución sintética, la cual se preparó agregando 50 mg del colorante naranja reactivo 84 (NR84) en un litro de agua destilada a pH neutro. Durante todo el proceso se utilizó un agitador magnético a 160 rpm para asegurar que la solución se mantuviera homogénea. Una vez agregado el MC al sistema, se procedió a medir la cantidad de colorante presente en la solución cada diez minutos durante una hora. La cantidad del colorante remanente en solución se determinó mediante la medición de absorbancia con ayuda del espectrofotómetro Citran 1010 UV-vis.
La figura 2 muestra los resultados obtenidos en la adsorción del colorante NR84 en función del tiempo, mediante los diferentes MC obtenidos bajo las condiciones ya mencionadas, consiguiendo una decoloración del 100 % para el material MC-Ir en 60 minutos, 100 % para el material MC-Ru en 50 minutos y, por último, 95 % para el material MC-Co en 60 minutos, mientras que para el MC sin metal dopante se observó una disminución de colorante del 82 %. Al tener presentes metales como iridio, rutenio y cobalto en nuestros materiales, se observa un aumento de la eficiencia de remoción del contaminante NR84. Lo anterior se atribuye a que actúan como facilitadores en este proceso, elevando las capacidades de adsorción de los MC a nuevas alturas. Estos metales funcionan como catalizadores, optimizando la captura de contaminantes y creando una sinergia que potencia la eficiencia del material en la retención de contaminantes.
Resultados
Los estudios de remoción revelaron que los MC lograron una alta eficiencia en la purificación del agua contaminada con el colorante NR84. La estructura porosa de estos materiales facilitó la adsorción selectiva del colorante, permitiendo su retención de manera efectiva en la superficie del material.
Este gran candidato, en forma de MC derivados del pan quemado, destaca por su eficiente capacidad para adsorber contaminantes, con la concomitante apertura de un enfoque más consciente y reflexivo hacia la gestión de recursos. La combinación estratégica de estos MC con metales potenciadores les permite intensificar su capacidad de adsorción, creando un arma poderosa contra la contaminación, subrayando con ello la importancia de la innovación en la lucha por la preservación del medio ambiente. Este enfoque innovador es especialmente relevante al considerar la problemática de los colorantes textiles en descargas de agua (Carriazo et al., 2017; Castellar et al., 2013; Castellar-Ortega et al., 2019; Ensuncho et al., s/f; Sh. Gohr et al., 2022; Subba Reddy et al., 2023; Valenzuela Padilla y Torres Pérez, 2020), donde los productos químicos tóxicos afectan la calidad del agua, perjudican la vida acuática y tienen implicaciones estéticas y sociales. Para abordar estos desafíos, es esencial adoptar tecnologías de tratamiento de aguas residuales eficientes, donde se propone a los MC como una estrategia viable para combatir la contaminación del agua.
En un mundo donde la sostenibilidad se ha vuelto crucial, la adopción y creación de soluciones como esta representa una medida de emergencia contra la contaminación, contribuyendo de manera paralela a fomentar un cambio cultural hacia la reutilización y la gestión inteligente de los recursos. Este héroe inesperado, surgido de las cenizas del pan quemado, demuestra que la creatividad y la conciencia ambiental pueden unirse para forjar soluciones sorprendentes que allanan el camino hacia un futuro más limpio y sostenible.
La base de este avance revolucionario reside en el humilde pan quemado, una fuente aparentemente insignificante pero que, mediante un proceso de transformación, se convierte en un recurso valioso y sostenible. En lugar de ser simplemente un desperdicio, el pan quemado se somete a una metamorfosis que lo convierte en MC con una estructura única y rica en porosidad potenciada por metales dopantes, como Ir, Ru y Co.
La estructura porosa de estos MC permite una interacción molecular precisa y efectiva. Al entrar en contacto con la superficie del material, los contaminantes son atraídos por los metales dopados, como si se estableciera una conexión magnética selectiva. Esta interacción molecular culmina en la adsorción y retención efectiva de una amplia gama de contaminantes, ofreciendo una solución integral para problemas ambientales diversos.
La versatilidad de estos materiales se manifiesta en su capacidad para abordar diferentes problemas medioambientales en remoción de colorantes indeseados presentes en el agua, abarcando desde tintes industriales hasta compuestos químicos nocivos.
Los resultados obtenidos en la remoción de un colorante de alto peso molecular como el NR84 mediante el uso de estos MC son altamente alentadores, evidenciando la capacidad de estos materiales para tratar y eliminar de manera efectiva los compuestos indeseados.
Este aspecto destaca la aplicabilidad y la eficacia de los MC en la purificación del agua, proporcionando de esta manera una solución integral para problemas de contaminación. Así, los resultados obtenidos a la fecha respaldan la viabilidad de utilizar los MC para la remoción de colorantes en particular. Además, abren la puerta a futuras investigaciones y aplicaciones en el tratamiento de aguas contaminadas con diversos compuestos químicos indeseados.
Finalmente, estos materiales ofrecen una solución efectiva para la remoción de contaminantes, destacando la importancia de la sostenibilidad y la economía circular, transformando un residuo común en un recurso valioso, reduciendo la carga ambiental, subrayando de manera particular la necesidad de repensar la gestión de residuos y fomentar prácticas respetuosas con el medio ambiente.
Conclusión
Este tipo de MC dopados con metales provenientes del pan quemado surge como opción viable en la sostenibilidad ambiental. Desde la despensa hasta la solución, estos materiales demuestran que, a menudo, las respuestas más efectivas se encuentran en los lugares más inesperados. Con su capacidad para abordar una amplia gama de desafíos ambientales, como la eliminación de colorantes de alto peso molecular, estos materiales se perfilan como héroes en la lucha por un futuro más limpio y sostenible.
Perspectivas
Además de la ruta sintética mostrada a partir de pan quemado, se podrían considerar nuevas rutas para mejorar las propiedades y aplicaciones de los materiales resultantes. Una alternativa sería probar una ruta que incluya la adición del metal dopante después de la molienda, justo antes de la calcinación. Este enfoque podría modular las propiedades estructurales del material carbonoso final, abriendo posibilidades para aplicaciones específicas. Además, otra perspectiva interesante sería evaluar la efectividad de los materiales carbonosos obtenidos, no solo en términos de su adsorción sino también en relación con la estructura, conductividad y descomposición de contaminantes específicos. Por ejemplo, se podría estudiar la capacidad de estos materiales para adsorber y degradar fármacos, lo que podría tener aplicaciones significativas en la purificación de aguas residuales o en la remediación ambiental. Estas dos perspectivas adicionales amplían el campo de investigación y ofrecen oportunidades para personalizar las propiedades de los materiales carbonosos según las aplicaciones deseadas.
Referencias
- Borrell Tomás, M. A. y Salvador Moya, M. D. (2015). Materiales de carbono: del grafito al grafeno. Reverté.
- Carriazo, J. G., Saavedra, M. J. y Molina, M. F. (2017). Propiedades adsortivas de un carbón activado y determinación de la ecuación de Langmuir empleando materiales de bajo costo.
- Castellar, G., Angulo, E., Zambrano, A. y Charris, D. (2013). “Equilibrio de adsorción del colorante azul de metileno sobre carbón activado”. In. & Div. Cient., 16(1).
- Castellar-Ortega, G., Mendoza, C. E., Angulo, M. E., Paula, P. Z., Rosso, B. M. & Jaramillo, C. J. (2019). Equilibrium, kinetic and thermodynamic of direct blue 86 dye adsorption on activated carbon obtained from manioc husk. Revista MVZ Córdoba, 24(2), 7231-7238. https://doi.org/10.21897/rmvz.1700
- Ensuncho, A. E., Robles, J. R. & Carriazo, J. G. (2015). Sunset yellow dye adsorption from aqueous solutions using activated carbons derived from agricultural waste.
- Sh. Gohr, M., Abd-Elhamid, A. I., El-Shanshory, A. A. & Soliman, H. M. A. (2022). Adsorption of cationic dyes onto chemically modified activated carbon: Kinetics and thermodynamic study. Journal of Molecular Liquids, 346. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.118227
- Subba Reddy, Y., Rotte, N. K., Hussain, S., Srikanth, V. V. S. S. & Chandra, M. R. (2023). Sustainable mesoporous graphitic activated carbon as biosorbent for efficient adsorption of acidic and basic dyes from wastewater: Equilibrium, kinetics and thermodynamic studies. Journal of Hazardous Materials Advances, 9, 100214. https://doi.org/10.1016/j.hazadv.2022.100214
- Valenzuela Padilla, A. A. y Torres Pérez, J. (2020). “Remoción de colorantes azóicos (A5 y R40) con carbón activado de cáscara de nuez”. Ingeniería Investigación y Tecnología, 21(3), 1-11. https://doi.org/10.22201/fi.25940732e.2020.21.3.027