Academia Mexicana de Ciencias
Boletín AMC/167/17
Ciudad de México, 11 de agosto de 2017

• Materiales semiconductores, como los óxidos de titanio o zinc, bajo la acción de la luz ultravioleta, contribuyen a la eliminación de compuestos orgánicos que tienen estructuras complicadas, como los medicamentos o los plaguicidas.
• Las corrientes de aguas residuales de todas las ciudades del mundo contienen restos de estos compuestos, principalmente los que se utilizan para combatir la presión alta, la acidez estomacal o el dolor.

Reactores en donde el investigador Edgar Moctezuma lleva a cabo trabajos de reducción fotocatalítica de residuos de diversos medicamentos, así como del insecticida metil paratión y el herbicida paraquat.
Foto: AMC/Noemí Rodríguez.
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En el mundo se utiliza una amplia gama de compuestos químicos como plaguicidas, detergentes, solventes o medicamentos que, tras cumplir su función, llegan al ambiente, a las corrientes de aguas residuales o al suelo. Ahí, sufren transformaciones, por efecto de la luz solar o de las bacterias del suelo, hasta que son eliminados. Sin embargo, cuando la cantidad de estos compuestos es elevada no pueden ser degradados totalmente de forma natural.

Para determinar si un plaguicida o un medicamento puede ser totalmente eliminado del ambiente se deben tomar en cuenta diversos factores. Uno de ellos es el período de vida media de estos compuestos en el suelo, el agua o en el aire.

En el caso de los plaguicidas, generalmente se utilizan más compuestos de los que se pueden degradar de forma natural en el ambiente, por lo que el doctor Edgar Moctezuma Velázquez, de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí, emplea la fotocatálisis (luz ultravioleta y un catalizador) con el fin de acelerar las reacciones de degradación de diferentes compuestos.

Los catalizadores que el investigador utiliza en su laboratorio son materiales semiconductores, como es el caso del óxido de titanio o el óxido de zinc, que bajo la acción de la luz ultravioleta generan cargas electrónicas, las cuales, a su vez, inducen cargas electroquímicas de oxidación y reducción, lo que contribuye a la eliminación de compuestos orgánicos que tienen estructuras complicadas.

Si se prepara una solución acuosa de un compuesto tóxico (como el insecticida metil paratión) con óxido de titanio como catalizador y se utiliza luz ultravioleta, se genera un compuesto secundario tóxico, el cual posteriormente se transforma en un ácido carboxílico. Un ejemplo es el ácido acético, que es el compuesto responsable del olor y del sabor característico del vinagre. Los ácidos carboxílicos son destruidos naturalmente, ya que sirven de alimento a las bacterias presentes en el suelo o en las aguas residuales.

“La fotocatálisis induce, con reacciones químicas, la eliminación de la fracción tóxica de diversos compuestos para que se formen productos no peligrosos, por ejemplo, el dióxido de carbono o el agua. De esta manera, en nuestro laboratorio nos enfocamos en identificar durante el proceso de degradación de los medicamentos o de los insecticidas, cuáles son los compuestos presentes en las aguas residuales, a qué velocidad se forman y con qué velocidad desaparecen”, explicó Moctezuma Velázquez, integrante, además, de la Academia Mexicana de Ciencias.

El grupo de trabajo de Moctezuma Velázquez utiliza una serie de herramientas químicas, como son la cromatografía de gases, de líquidos, la espectroscopia de ultravioleta y de ultrarrojo, y en colaboración con otras universidades lleva a cabo espectros de resonancia magnética para determinar la estructura de todos los compuestos que se van formando a lo largo del tiempo hasta que se destruyen.

Reducción fotocatalítica de medicamentos
Los medicamentos tienen una estructura química compleja y las corrientes de aguas residuales de todas las ciudades del mundo contienen residuos de estos compuestos, principalmente de los que se utilizan para combatir la presión alta (metoprolol), acidez estomacal (omeprazol), el dolor de cabeza o de muelas (acetaminofén).

El investigador ha trabajado en la reducción fotocatalítica de residuos de medicamentos, en específico de omeprazol, el cual no se puede detectar como tal en las aguas residuales, sino a través de un metabolito, ya que el medicamento al pasar por el organismo forma una molécula diferente al omeprazol en donde se sustituye un átomo de azufre por uno de oxígeno o se genera una reacción de hidrolisis —descomposición de sustancias orgánicas por acción del agua—.

Los reactores en los que el investigador realiza los procesos de fotocatálisis tienen capacidad de 250 mililitros, de un litro y de 20 litros. “En el reactor de 20 litros damos tratamiento fotocatalítico a los residuos de nuestro laboratorio para no tener que enviar a confinamiento ninguna de las sustancias que utilizamos y así cumplir con la legislación de nunca tirar sustancias peligrosas al drenaje”, dijo Moctezuma Velázquez.

Además, el investigador trabaja en el diseño de nuevos reactores con capacidad de 20 litros, que estarían conformados por una placa inclinada, de tal forma que el agua a tratar escurra por ella y al mismo tiempo reciba la radiación de una lámpara de luz ultravioleta. Con el desarrollo de este proyecto ingenieril se busca determinar los parámetros de diseño necesarios para el escalamiento de reactores de mayor tamaño. Hasta el momento no existen plantas de este tipo para tratar las aguas residuales que se generan en una ciudad.

El doctor Edgar Moctezuma Velázquez ha estudiado la degradación de diferentes compuestos, entre ellos: los medicamentos acetaminofén, omeprazol e ibuprofeno; el insecticida metil paratión y el herbicida paraquat.

En la actualidad, el científico está por finalizar el proyecto de la oxidación fotocatalítica de metoprolol, un medicamento indicado en el tratamiento de la presión alta, y a la par estudia la oxidación química del agua para la producción de hidrógeno, para buscar fuentes alternativas de energía.

Noemí Rodríguez González.