Bioadsorbentes de malezas acuáticas

Gloria Sánchez-Galván*, Francisco J. Melo y Alejandro Hernández

Red Manejo Biotecnológico de Recursos

Diversas plantas acuáticas consideradas malezas poseen características apropiadas para ser usadas como bioadsorbentes para la eliminación de contaminantes (metales pesados, colorantes, hidrocarburos, etc.) en agua o agua residual.

Las plantas acuáticas tienen un papel muy importante en diferentes ecosistemas y cuando se usan de forma controlada, en tecnologías para el tratamiento de agua y aguas residuales, son altamente eficientes. Sin embargo, se clasifican como malezas cuando su crecimiento abundante y no controlado, considerado un indicador de eutrofización, afecta el equilibrio del ecosistema donde proliferan. La eutrofización ocurre por un exceso de nutrientes (nitrógeno y fósforo) que proceden de actividades humanas. Estas malezas pueden obstruir el flujo de agua en canales, represas y ríos ocasionando daños a las comunidades cercanas.

Las hojas, tallo y raíces secos de estas malezas acuáticas pueden ser usados como un bioadsorbente, el cual se define como un material sólido de origen biológico que remueve contaminantes (metales pesados, colorantes, hidrocarburos, elementos radioactivos, etc.) del agua, a través de la adsorción. En esta los contaminantes se transportan de la fase líquida (v.gr agua residual) a la fase sólida (adsorbente), reduciendo o eliminando su presencia en el agua. Las principales ventajas de la adsorción son: a) bajo costo, b) eficiencia para remover contaminantes en bajas concentraciones, c) alta preferencia para retener a un contaminante en específico, d) regeneración y reuso en ciclos repetidos de operación, e) fácil almacenamiento y f) amigable con el ambiente por ser renovable y biodegradable. Dos de las principales características que debe tener un buen bioadsorbente es una alta cantidad de “espacios huecos” o vacíos (porosidad) y una alta relación entre el área superficial total y la masa del bioadsorbente (área específica) y varias plantas acuáticas cumplen con estos requisitos.

Pistia stratiotes (Créditos: Alejandro Hernández y Francisco J. Melo)

En el grupo de Biotecnología Ambiental se han evaluado bioadsorbentes a base de diversas plantas consideradas malezas acuáticas, para remover metales, colorantes e hidrocarburos (petróleo) de agua y aguas residuales. La lechuguilla de agua (Pistia stratiotes) es una planta acuática flotante distribuida ampliamente alrededor del mundo, especialmente en los países con clima tropical y subtropical. Tiene hojas gruesas cubiertas de vellosidades cortas y repelentes al agua (hidrofóbicas) y sus raíces son largas y abundantes (Foto 1). El hecho de que las hojas y raíces de la lechuguilla de agua tengan una gran área específica (128 y 112 m²/g, respectivamente) y que además las hojas tengan una alta repelencia al agua (71%) y las raíces sean bastante porosas, hacen de esta planta un excelente bioadsorbente de petróleo crudo (2.8 y 2.3 g de petróleo crudo por cada g de hojas y raíces, respectivamente) [1]. Asimismo, las hojas de la lechuguilla de agua y los tallos y hojas de otra maleza acuática como es el lirio acuático (Eichhornia crassipes) (171 m²/g de área específica), pueden reducir significativamente el color de vinazas tratadas en digestores anaerobios, siendo su capacidad de adsorción de color muy similar (56 y 55%, respectivamente) [2]

La lentejuela de agua (Salvinia minima) es una pequeña planta acuática de agua dulce distribuida en regiones tropicales y templadas del mundo. Crece rápida y abundantemente debido a su alta tolerancia a un amplio intervalo de temperatura. Tienen una superficie muy especial formada por unas pequeñas estructuras que parecen “cabellos” (Foto 2) que son repelentes al agua; la parte superior de las hojas está uniformemente cubierta con “cabellos” blancos y espinosos, mientras que en la parte inferior son de color castaño. Además, la lentejuela de agua tiene una estructura porosa, una gran área específica (264 m²/g) y abundantes grupos carboxilo (conjunto de átomos que le confieren una característica química específica) [3], que le permiten adsorber eficientemente petróleo, colorantes y metales de soluciones acuosas o aguas residuales. En el caso de metales, se ha comprobado que puede adsorber hasta 50 mg de plomo por cada g de bioadsorbente y que esta capacidad no disminuye en al menos tres ciclos de adsorción y desorción (lavado) en columnas empacadas con esta biomasa [4]. S. minima también es capaz de reducir el color (> 80%) de aguas residuales textiles con mezcla de colorantes [5] y, en el caso específico del colorante azul de metileno utilizado en diferentes sectores como la medicina y la industria textil, se ha comprobado que puede adsorber hasta 322 mg de colorante por cada g de bioadsorbente con 78% de remoción y, al igual que con el plomo, su capacidad de adsorción no es afectada después de tres ciclos de adsorción y desorción del colorante [6]. Adicionalmente, S. minima es un excelente bioadsorbente de petróleo crudo (4.5 g/g) y es más eficiente que otras especies del mismo género tales como S. molesta (3.2 g/g), S. cucullata (2.6 g/g) y S. oblongifolia (1.2 g/g) [7].

Salvinia minima (izquierda) y Azolla sp. (derecha) (Créditos: Alejandro Hernández y Francisco J. Melo)

El helecho de agua (Azolla sp.) es una diminuta planta acuática flotante considerada como una de las de más rápido crecimiento y se encuentra en estanques y humedales en todo el mundo, desde las regiones templadas hasta tropicales. Sus pequeñas hojas son de color verde en la parte superior y tienen vellosidades hidrofóbicas (Foto 2). Se ha descrito que tiene un área específica de 14 m²/g que le permite adsorber hasta 112.8 mg de uranio por cada g de bioadsorbente [8].

A pesar de que adsorbentes como polímeros sintéticos (poliuretano, polipropileno, etc.), biopolímeros (basados en quitosano modificado, etc.) y adsorbentes basados en nanotubos y nanopartículas pueden tener una mayor área específica y capacidad de adsorción que los elaborados a partir de malezas acuáticas, son caros o no son amigables con el ambiente. En este contexto, la valorización y transformación de las malezas acuáticas en nuevos productos como los bioadsorbentes representa una estrategia renovable y respetuosa con el ambiente.

Referencias

Sánchez-Galván et al. 2013. Water Air & Soil Pollut 224 (2):1421. doi.org/10.1007/s11270-012-1421-0
Sánchez-Galván et al., 2015. Water Air & Soil Pollut. 226 (4):110. doi.org/10.1007/s11270-015-2386-6
Sánchez-Galván et al. 2008. Water Air & Soil Pollut. 194:77-90. doi.org/10.1007/s11270-008-9700-5
González Portela, R.E. 2005. Evaluación de la adsorción de Pb²⁺ por biomasa no viable de Salvinia minima. Tesis de licenciatura. Universidad Veracruzana.
Melgarejo Cruz, J. 2014. Remoción de color de un efluente textil con Salvinia minima”. Tesis de licenciatura. Universidad Veracruzana.
Pérez-Morales et al., 2019. Environ Sci Pollut Res 26:5955-5970. doi.org/10.1007/s11356-018-04097-8
Zeiger et al. 2016. Bioinspir. Biomim. 11, 05, 6003. doi.org/10.1088/1748-3190/11/5/05600
de Araujo et al. 2022. Environ Sci Pollut Res 29:45221–45229. doi.org/10.1007/s11356-022-19128-8

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