Remoción de Fármacos en Agua Usando Materiales Carbonosos Obtenidos a Partir de un Residuo Agroindustrial (Cáscara de Café) como Adsorbente

Esta investigación se enmarca en la solución de dos problemáticas ambientales; la primera relacionada con el aprovechamiento de residuos agroindustriales y la segunda asociada a la presencia de contaminantes emergentes (CE) en aguas residuales. La contaminación del agua representa un gran problema a nivel medio ambiental; dado que éste surge como consecuencia del creciente desarrollo industrial y económico. La descarga de aguas residuales hospitalarias es responsable por la introducción de contaminantes tales como los contaminantes emergentes, entre los que se destacan los fármacos. Actualmente, debido a la automedicación, se ha incrementado el uso indiscriminado de fármacos para el tratamiento de enfermedades en animales y seres humanos. Dentro de los fármacos mayormente utilizados se encuentran los analgésicos y los antibióticos, los cuales una vez ingeridos, son excretados por medio de la orina como compuestos originales y/o metabolitos activos. Así, a través de los sistemas de recolección de aguas residuales y por la ineficiencia de los sistemas convencionales de tratamiento en la remoción de estos compuestos, los fármacos llegan a las aguas naturales causando diversos problemas al ambiente y a la salud. En este sentido, se ha hecho necesaria la búsqueda y el desarrollo de metodologías que permitan la remoción de este tipo de contaminantes del recurso hídrico. Son varios los métodos que se han propuesto para el tratamiento de aguas, sin embargo, algunos de ellos conllevan gastos económicos altos. Las alternativas basadas en procesos de adsorción se encuentran entre las opciones más prometedoras gracias a su eficiencia y fácil aplicación. Uno de los retos en los procesos de adsorción es el desarrollo de un material adsorbente con propiedades fisicoquímicas óptimas para la remoción de los contaminantes. Entre los adsorbentes propuestos, los materiales carbonosos son ampliamente utilizados, debido a que pueden ser preparados a partir de desechos agroindustriales; los cuáles no son aprovechados y son dispuestos de manera inadecuada en rellenos sanitarios.
Biomasas como la cáscara de café son de gran interés, debido a que los grandes volúmenes producidos de estos desechos generan un problema de contaminación ambiental como consecuencia de su inadecuada disposición y se hace necesaria la formulación de alternativas que permitan hacer uso de este residuo. Ha sido reportado que Colombia exportó alrededor de 47 toneladas de cascarilla y cáscara de café en 2020. De ahí que, la preparación de materiales adsorbentes a partir de cáscara de café sea una de las alternativas para dar un valor agregado a este residuo y que además permita dar solución a otro problema medio ambiental como es la contaminación del agua por presencia de contaminantes emergentes. En la mayoría de los casos la eliminación de este tipo de contaminantes en las plantas de tratamiento de aguas residuales convencionales no es completa y aunque se ha propuesto la aplicación de nuevas tecnologías como el uso de biorreactores de membrana, ósmosis inversa, microfiltración o procesos de oxidación avanzada, este tipo de tecnologías suponen un alto coste en el tratamiento del agua que aún pocas empresas gestoras de servicios del agua están dispuestas a asumir. En este sentido, la adsorción es una tecnología con alto potencial para ser usada con este tipo de residuos. Por tanto, la estrategia que plantea este proyecto de investigación está enfocada en la transformación de una biomasa residual (cáscara de café) para la obtención de materiales adsorbentes que sean efectivos para la remoción de fármacos de tipo fluoroquinolonas desde soluciones acuosas.

Objetivo General:
Evaluar el potencial de adsorción del biochar producido a partir de un residuo agroindustrial (cascará de café) en la remoción de fármacos presentes en medios acuosos.

Objetivos específicos:
•Desarrollar y caracterizar fisicoquímicamente materiales carbonosos obtenidos a partir de la cáscara de café.
•Evaluar el efecto de la temperatura de carbonización de la cascará de café para producir el biochar en la remoción de los fármacos.
•Establecer la capacidad de adsorción, parámetros cinéticos y termodinámicos del biochar que presente la mejor eficiencia en el proceso de adsorción de fármacos en experimentos tipo batch.
•Evaluar el efecto sinérgico y/o antagónico para la remoción de fármacos en sistemas multicomponentes usando el biochar.
•Estudiar la remoción de fármacos con el biochar de café en sistemas de columna con flujo continuo.
•Caracterizar las interacciones del sistema (fármaco-adsorbente) involucradas en el sistema de adsorción.
•Evaluar el reúso del biochar obtenido a partir de la cascará de café en la eliminación de fármacos.

RESULTADO ESPERADO EN GENERACIÓN DE CONOCIMIENTO
*Obtención de un material carbonoso con propiedades fisicoquímicas adecuadas para la adsorción de fármacos.
*Obtención de materiales carbonosos a diferentes temperaturas.
-Determinación del material adsorbente más eficiente para la remoción de fármacos con las propiedades fisicoquímicas óptimas.
-Información sobre la termodinámica, cinética y capacidad máxima de adsorción del adsorbente más eficiente.
*Determinación de la capacidad de adsorción en sistemas multicomponente y determinación de los efectos entre contaminantes.
*Determinación de la capacidad de adsorción en sistemas de continuo.
*Análisis crítico de los materiales después de adsorción mediante técnicas espectroscópicas para el establecimiento de correlaciones entre los resultados de caracterización y el comportamiento de la adsorción.
*Establecimiento del potencial de reúso en ciclos adsorción-desorción del material preparado.

Como aspectos novedosos de la propuesta se tiene la preparación de un material adsorbente de bajo costo eficiente para la remoción de fármacos desde soluciones acuosas simulando sistemas reales (soluciones multicomponente) en plantas de agua de tratamiento de aguas residuales (sistemas en continuo).

Productos esperados de la investigación:
- Artículo ISI WOS o Scopus, aceptado en revista Q1 o Q2 (Diciembre 2024)
- Vinculación de dos estudiantes de pregrado (Diciembre 2024)
- Establecimiento de redes de conocimiento-carta de colaboración(Diciembre 2024)
- Charla a la comunidad universitaria-listado de asistencia (Diciembre 2024)
- Participación en evento de investigación nacional y/o internacional-Certificado de presentación del trabajo (Diciembre 2024)