Proyectos de Investigación, 2022-1
Fabiola Brigite Valencia Fuentes; Humberto Cristian Palza Cordero; Marcela Honorata López Chávez; Diana Karoline Mamani Rivera; Sergio PaãL Condori Pacara; Rocio Maria Tamayo Calderon
Objetivo
Obtención de membranas compuestas por electrohilado de la disolución quitosano/ácido poliláctico/ ácido trifluoroacético, (QS/PLA/TFA) con adiciones nanoestructuradas de titanato de calcio (perovskita), para su aplicación en la remoción de arsénico en aguas contaminadas.
Resumen:
En Arequipa existe preocupación por la calidad del agua debido a la presencia de contaminantes, siendo el arsénico (As) uno de los más relevantes. El tratamiento de agua con As es importante porque afecta ámbitos económicos, sociales y ambientales. Se ha evidenciado que, el 80% de afluentes de la cuenca río Tambo superan las concentraciones de As del Estándar de Calidad Ambiental (ECA) de agua Categoría 3, riego de vegetales (D1). En este contexto, este proyecto tiene como objetivo desarrollar membranas poliméricas, por electrohilado de quitosano (QS)/ácido poliláctico (PLA) y dopado con nanopartículas tipo perovskita de titanato de calcio (CTO), para su aplicación en la remoción de As. Para mejorar la sustentabilidad del proyecto, se procederá con la obtención de quitosano, usando como precursor residuos de la explotación de pota en la industria pesquera. El desarrollo del proyecto se basa en estudiar el efecto sinérgico que se espera de la presencia de dos materiales con alta capacidad de absorción de As (QS-CTO), se ejecutará en cuatro etapas durante 2 años; en la primera se realizará la síntesis modificada de QS a partir de la pluma de pota; en la segunda se procederá a sintetizar las nanopartículas de CTO mediante el método hidrotermal; en la tercera, se aplicarán los parámetros principales para la obtención de membranas por electrohilado de la disolución quitosano/ácido poliláctico/ácido trifluoroacético, dopados con nanopartículas CTO y finalmente, en la cuarta etapa, se ensayarán las cinéticas de remoción de arsénico utilizando las membranas obtenidas en la etapa anterior.
Palabras clave
Electrospinning, quitosano (QS), titanato de calcio (CTO), perovskita, nanoestructurado, ácido poliláctico, arsénico, remoción, tratamiento de aguas.
Problema central
La presencia de As en el agua es de origen natural o antropogénica [1]. Se ha demostrado que la exposición y/o ingesta de esta agua contaminada, estaría asociado a problemas de salud como: El cáncer a la piel y de órganos internos [1]–[3]. Además, las especies principales del arsénico presentes en aguas son As (III) y As (V), siendo el As (III) más tóxico y difícil de remover que el As (V), por sus características físico-químicas, esto implica que los métodos de tratamiento utilizados en la actualidad tengan diversas etapas como la oxidación As (III), lo que conlleva a un mayor costo. Existen varias investigaciones sobre la remoción de arsénico, sin embargo, en este proyecto se intenta hacer un estudio de membranas compuestas a base de PLA/QS/CTO, para su aplicación en la descontaminación del agua con As, ya que no se cuenta con suficientes reportes bibliográficos. En el Perú, el órgano técnico-normativo del MINSA, DIGESA (Dirección General de Salud Ambiental) indica que la cantidad máxima de As presente en el agua para consumo no debe superar 10 ugL-1, esto de acuerdo al reglamento de la calidad del agua para consumo humano del decreto supremo N°031-2010-SA [4]. Otro decreto supremo que establece límites máximos permisibles de parámetros inorgánicos, entre ellos el arsénico, es el Decreto Supremo 004- 2017-MINAM; mediante el cual se aprueban los Estándares de Calidad Ambiental (ECA) para agua no sólo de consumo humano, sino también para riego de vegetales y bebida de animales, entre otros [5]. En [6] se menciona que; en los distritos del departamento de Puno, Tacaro, Juliaca, Achaya y San Antón se encuentran fuentes de agua naturales con presencia de arsénico superior a 10 µg/L. En [7] se estudió el contenido de arsénico presente en niños del distrito de Torata y distrito de Carumas de la provincia Mariscal Nieto, del departamento de Moquegua. Concluyéndose que el 100% de los niños presentaba concentraciones significativas de arsénico en su orina. En [8] se evaluó desde el 2016 al 2018 la calidad del agua del afluente del río Tambo del departamento de Arequipa, provincia de Islay; donde confirmó que presencia de arsénico supera el ECA Categoría 3, subcategoría D1 (riego de vegetales), cuyo límite de arsénico es 0.1 mg/L [5]. La Autoridad Nacional del Agua (ANA), entidad que realiza monitoreos de calidad de afluentes. A inicios del año 2019, se hicieron estudios en aguas superficiales de los ríos tributarios al río principal Tambo (Islay, Arequipa), donde se encontró que el 69% de afluentes superan las concentraciones de As del ECA de agua Categoría 3, D1 (riego de vegetales) y D2 (bebida de animales) [9], habiéndose reportado a fines de ese mismo año un incremento del 80% en los mismos [10]. La unidad hidrográfica incluida en la cuenca del río Tambo, que se tomará como referencia de estudio, es la Unidad Hidrográfica Bajo Tambo, constituida por 4 puntos de monitoreo señalados por el ANA. En Bajo Tambo la concentración de arsénico supera hasta 2,8 veces el valor 0,1 mg/L de los ECA de agua D1 y hasta 1,4 veces el valor de 0,2 mg/L de los ECA de agua D2 [10]. El enfoque a la contaminación por arsénico del río Tambo (Tabla 1, Figura 1) es relevante desde que sus aguas son usadas para riego de vegetales de consumo humano, lo que supone un riesgo de acumulación de arsénico en los suelos agrícolas adyacentes a los últimos 6 Km de desembocadura del río, donde se concentra la actividad agrícola y ganadera [8]. Por otro lado, la pluma de pota, en la industria pesquera peruana es considerada como una especie de importancia comercial y económica. Entre los años 2007-2016, esta fue la especie que representó el 90% del total desembarcado por la pesquería artesanal peruana [11], convirtiendo sus desechos en uno de los principales residuos contaminantes al medio ambiente. Según reportes bibliográficos la pluma de pota, es un residuo valorizable y utilizable, de donde se extrae el quitosano, con un rendimiento de hasta en un 38% [12], [13].
Hipótesis planteada
En este proyecto se propone obtener membranas compuestas por electrohilado de la disolución quitosano/ácido poliláctico/ ácido trifluoroacético, (QS/PLA/TFA) con diversas adiciones nanoestructuradas de titanato de calcio (perovskita) que deberán mejorar la eficiencia a la remoción de arsénico en aguas contaminadas dentro de los parámetros establecidos (10 ugL-1).
Resultados esperados
DE LA PRODUCCIÓN CIENTÍFICA
(i) Artículos científicos publicados en revistas indizadas en SCOPUS, Web Of Science, u otras similares ubicadas por búsqueda en SJR Scimago Journal & Country Rank: Dos (02)
(ii) Derechos de propiedad intelectual: Uno (01)
(iii) Patentes: Uno (01)
(iv) Congresos y/o eventos similares (ponencias orales y/o posters): Uno (01)
(v) Tesis de pregrado y/o posgrado: Dos (02)
DEL DESARROLLO EXPERIMENTAL Y TECNOLÓGICO
(vi) Carta de intención de compra de producción científica: Uno (01)
(vii) Convenios de investigación y/o comercialización: Uno (01)
(viii) Derechos de propiedad intelectual: Uno (01)
(ix) Patentes: Uno (01)
DE LA TRANSFERENCIA Y VINCULACIÓN
(x) Publicación en web site el inicio del proyecto, según formato de PPT sugerido del UAyM: Uno (01)
(xi) Participación en evento anual organizado por VRI para difusión de inicio de proyecto, resultado intermedios o resultados finales: Uno (01)
(xii) Publicación en Marketplace UNSA los resultados obtenidos: Uno (01)
(xiii) Reconocimientos para mejorar la producción competitiva: Uno (01)
Impactos esperados
IMPACTO AMBIENTAL:
Respecto a la CONTAMINACIÓN HÍDRICA; el arsénico presente en el agua que es usada para riego en agricultura supone un proceso de acumulación por parte de la biota y la tierra. En ese contexto, determinar un método eficiente para la remoción de arsénico en aguas, es necesario porque la progresiva acumulación de arsénico en estratos genera fuentes secundarias de contaminación. Con la VALORIZACIÓN DE RESIDUOS POLIMÉRICOS de pluma de calamar (pota), usándolo como materia prima para la producción de materiales con características adsorbentes por métodos eco-amigables; conseguiríamos reducir la concentración de arsénico de afluentes usando residuos de la industria pesquera.
IMPACTO ECONÓMICO: El agua es un recurso natural que satisface funciones ambientales y es considerado como un factor de producción en actividades económicas, por lo tanto, es un activo eco social. En tanto, las actividades agrícolas, que forman parte del desarrollo local de provincias como Islay, son al mismo tiempo su principal fuente económica; los tratamientos de aguas complementarios para la remoción de arsénico, ayudará a mejorar la calidad del agua y por lo tanto de los productos agrícolas de consumo humano.
IMPACTO SOCIAL:
Un derecho básico de las personas es el gozar de un ambiente adecuado para el desarrollo de su vida; el derecho al agua está comprendido en normas internacionales de los derechos humanos que comprende el consumo, saneamiento, preparación de alimentos y uso doméstico. Tras el conocimiento de la presencia de cantidades de arsénico en el agua de riego de cultivos, se deben proponer tratamientos complementarios de aguas, más aún, considerando que el río Tambo es la única fuente hídrica que abastece a la provincia de Islay.