Quelantes biodegradables, una opción viable en investigación

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Los agentes quelantes son productos con aplicaciones industriales, residenciales y agrícolas. Algunos de los usos más comunes incluyen inhibidores de la corrosión, producción de textiles y pulpa de papel; operaciones de limpieza y mantenimiento industrial; tratamiento de aguas residuales, y aditivos en cosméticos y farmacéuticos.

Desde hace algunas décadas se han discutido los problemas ambientales asociados al uso de estos productos, en particular su capacidad de biodegradación.

Un quelante es una sustancia capaz de formar complejos con metales, particularmente con metales pesados como el arsénico, plomo, estaño, níquel, hierro y mercurio.

Estos compuestos son utilizados con dos fines particulares: 1) remoción de metales que pueden afectar la eficiencia de un proceso y 2) evitar la precipitación de metales y asegurar las cantidades necesarias para el buen funcionamiento de un proceso o producto.

A nivel mundial los quelantes del tipo aminopolicarboxílicos o APC son los más comúnmente utilizados, entre ellos:

  • Ácido etilendiaminotetraacético (EDTA)
  • Ácido dietilentriaminopentaacético (DTPA)
  • Ácido nitrilotriacético (NTA)

Otro grupo importante es el de los quelantes organofosfonatos, de los cuales destacan:

  • Ácido dietilen-triamino-penta-metilenfosfónico (DTPMP)
  • Ácido hidroxietilidendifosfónico (HEDP)
  • Ácido nitrilotrimetilenfosfónico (NTMP)

Debido el uso tan extendido de este tipo de compuestos resulta relevante preguntarse qué pasa con ellos una vez que se liberan al ambiente. Por ejemplo, se sabe que la biodegradación de los organofosforados y del EDTA y DTPA es muy limitada y sucede solo en condiciones muy particulares y gracias a la acción de cepas especiales de bacterias.

Una de las alternativas que se ha planteado para reducir el consumo de quelante en los procesos industriales es la aplicación de procesos avanzados de oxidación, los cuales aún están lejos de poder ser usados para satisfacer todas las necesidades de las empresas; ante esta situación, el uso de quelantes biodegradables ha sido planteado como una solución factible.

Efectos de los quelantes en la salud y el ambiente

El EDTA se considera seguro, de hecho, es utilizado como el quelante más importante en la industria cosmética y farmacéutica; sin embargo, debido a su alta capacidad de unirse a metales, además de su alta persistencia, puede provocar importantes perturbaciones en la disponibilidad de metales en el ambiente.

Por otra parte, la presencia de agentes quelantes en el agua solubiliza metales pesados de los sedimentos y suelos, con lo que se mejora su movilidad, este fenómeno puede aumentar la presencia de metales en los sistemas de abastecimiento de agua.

La exposición de los seres humanos, animales, plantas y microorganismos a los metales pesados es causa de preocupación debido a sus efectos tóxicos, a diferencia de la forma libre del ligando.

Los agentes quelantes también tienen un efecto sobre la liberación de fósforo debido a la disolución de fosfatos de metales que contribuyen a un aumento de los microorganismos en agua.

Los quelatos biodegradables

Los quelantes biodegradables han ido ganando espacio en México, actualmente existen líneas de investigación que desarrollan este tipo de productos, por ejemplo, en el Instituto Politécnico Nacional (IPN).

Comercialmente hablando, el ácido nitriloacético (NTA), el ácido etilenediaminedisuccínico (EDDS) y el ácido iminodisuccínico (IDS) son los agentes quelantes más comúnmente sugeridos como reemplazo de las sustancias no biodegradables. En nuestro país el más común es el NTA.

Otros quelantes que también tienen un potencial interesante son:

  • Ácido metilglicindiacético (MGDA)
  • Ácido glutámico-N,N-diacético (GLDA)
  • Ácido etilendiamino-N,N′-diglutárico (EDDG)
  • Ácido etilenediamino-N,N′dimalónico (EDDM)
  • Ácido (hidroxi)iminodisuccínico (HIDS)
  • Ácido 2-hidroxietiliminodiacético (HEIDA)
  • Ácido piridin-2,6-dicarboxílico (PDA)

Sin embargo, la falta de información y criterios sobre la aplicabilidad de estas alternativas retrasa la sustitución de los quelantes convencionales.

En 2014, la Universidade do Porto, en Portugal, realizó un estudio para averiguar cuáles de los quelantes biodegradables podrían resultar viables dadas sus características físico-químicas y cuáles serían sus aplicaciones más adecuadas en relación con el pH de cada proceso. Se consideró el rango de pH que tuviera un 80% de metal en forma de complejo (Figura 1).


Figura 1: Rango de pH en el cual se encuentra un 80% de metal en forma de complejo.
Fuente: Pinto y colaboradores. Biodegradable chelating agents for industrial, domestic, and agricultural applications – a review. 2014.

El rango de pH en el cual un agente quelante es eficiente puede ser un criterio preliminar para seleccionar agentes quelantes biodegradables, por ejemplo, el EDDS tiene un rango de pH bastante amplio tratándose del complejo con cobre (Cu).

De acuerdo con la investigación arriba mencionada, la búsqueda de alternativas, sobre todo al EDTA, aún se dificulta, puesto que este compuesto tiene una efectividad muy alta. Sin embargo, los requerimientos dependen del proceso y del propósito; el EDDS, por ejemplo, ya es utilizado en escala comercial para la fabricación de detergentes.

Actualmente es posible hacer uso de quelantes alternativos biodegradables para algunas aplicaciones, aunque es necesaria más investigación y pruebas para encontrar los sustitutos más adecuados de acuerdo con cada proceso. Dado el impacto en la salud y el ambiente que estas sustancias tienen, resulta interesante e importante explorar y utilizar las alternativas.

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