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Arcillas
Mucho más que jugar con barro
La palabra arcilla nos lleva a pensar en tierra, barro, esculturas, cerámica; sin embargo puede servir para otras actividades como mejorar la calidad del agua.
figura de una mujer de terracota

Probablemente, la palabra arcilla nos lleve a pensar en tierra, barro, esculturas, cerámica... Es lógico, ya que las arcillas han sido milenariamente utilizadas como material estructural para la elaboración de objetos. Sin embargo, las arcillas son más versátiles (mucho más) de lo que imaginamos.

Vayamos de a poco. ¿A qué nos referimos con la palabra "arcilla"? Estamos hablando de un componente natural del suelo, formado por efecto de los fenómenos meteorológicos sobre un tipo particular de roca, las feldespáticas, durante siglos. Forma parte de un gran grupo de minerales llamados filosilicatos (phyllon = hoja) que se caracterizan por poseer una estructura de hojas o escamas de carga negativa, unidas mediantes cationes (partículas de carga positiva) los cuales tienen la capacidad de hidratarse, es decir, rodearse de moléculas de agua . Esta capacidad le confiere a las arcillas la plasticidad característica que las hace moldeables. La posterior eliminación de las moléculas de agua durante el secado a temperaturas mayores de 800 °C, provoca su endurecimiento, firmeza e impermeabilidad. El trabajo más antiguo hecho de arcilla apareció hace más de 25 mil años y tiene forma de mujer: se trata de la Venus de Dolní Věstonice, una escultura de terracota encontrada en la República Checa. Más curioso y menos difundido aun es que el soporte de la primera literatura del mundo fue hecho de arcilla: la mitología escrita más antigua, los inicios del Derecho, los primeros análisis del mundo y el universo, así como la primera administración fueron escritas en tablillas de arcilla secadas al sol en Babilonia, Mesopotamia .

Además de su uso en la elaboración de objetos, milenariamente se utilizó un tipo de arcilla denominado bentonita para extraer las grasas, aceites y otras substancias de la lana de las ovejas para la fabricación de tejidos. Hoy tales materiales se utilizan para remover grasas, aceites u otras sustancias orgánicas no deseables en los suelos de fábricas, hangares, garajes, almacenes, etc. En el Centro de Tecnología de recursos Minerales y Cerámica (CETMIC) nuestro grupo de investigación está abocado a estudiar cuánto, cómo y por qué las bentonitas remueven sustancias químicas no deseables, por ejemplo, contaminantes presentes en el agua. El almacenamiento de moléculas en una superficie, se denomina adsorción. Si, si, leyó bien, la "d" no está equivocada. La adsorción es un proceso que ocurre a nivel superficial y que consiste en la acumulación de distintas especies químicas (moléculas, iones o átomos) en la superficie de un material. A diferencia de la absorción, donde lo que es absorbido se transforma químicamente, en la aDsorción, la identidad química se conserva (Figura 4). Las bentonitas, por su estructura laminar, pequeño tamaño de partícula, carga superficial negativa, etc. presenta un gran potencial como adsorbente.

El tipo de compuestos que este grupo busca adsorber en las bentonitas son los fungicidas. ¡Momento!... Fungi...¿¿¿qué??? Fungicidas: sustancias que atacan hongos y mohos. ¿Y para qué sirven? Se emplean, por ejemplo, en el tratamiento de frutas para que éstas puedan ser almacenadas por largos períodos y lleguen al mercado en buenas condiciones. Sin embargo, estos fungicidas son potencialmente tóxicos para la vida acuática, y en las plantas de empaque frutícola donde se utilizan se generan grandes volúmenes de agua conteniéndolos, que luego son desechados a los cursos de agua natural. Con el objetivo de remover los fungicidas del agua antes de que ésta sea desechada, se está evaluando la capacidad adsorbente de la arcilla natural y de arcillas modificadas químicamente por intercalación de compuestos orgánicos entre sus láminas (organoarcillas). Y... ¿en qué consiste el experimento de adsorción? ¿es fácil realizarlo? La respuesta para esta última pregunta es SI. Consiste en hacer una mezcla de arcilla con el agua contaminada, mantenerla en agitación algunas horas y finalmente separar el agua "más limpia" del barro (arcilla con fungicida adsorbido) que cae en el fondo del recipiente. Luego de varios años de trabajo, se han encontrado esperanzadores resultados (alta capacidad de remoción) para algunas familias de fungicidas, mientras que se continúa el estudio de sorción de otras familias para mejorar la eficiencia en el tratamiento de aguas residuales provenientes de la industria frutícola.

Pero hay más. En este grupo también se investiga la utilización de arcillas y organoarcillas para retener algunos metales presentes en el agua. Diariamente, ingerimos metales que naturalmente se encuentran en alimentos y bebidas, en cantidades mínimas indispensables para que nuestro organismo funcione bien, pero cuando estamos expuestos a cantidades superiores a las necesarias éstos pueden ser perjudiciales para la salud. ¡Esperen! ¿De dónde puede venir esta cantidad extra de metales? Por ejemplo, de efluentes líquidos descargados al ambiente por diversas industrias como la galvanoplastia, minería, industria nuclear, curtiembres, etc. Por lo tanto es de fundamental importancia evitar que los metales sean descargados a los cuerpos de agua y un método de remediación se basa en la utilización de adsorbentes de bajo costo y fácil operación. Como se dijo antes, las arcillas cumplen estas condiciones. Metales pesados como cromo, níquel, cobre, cobalto, cesio, estroncio y su interacción con arcillas y organoarcillas están siendo evaluados. Y luego ¿qué hacemos con los metales una vez que fueron adsorbidos en las arcillas? La idea es cerrar el ciclo ambiental, no solo adsorber los metales sino también desorberlos (separarlos del sólido para concentrarlos en un volumen de líquido menor) para la posterior reutilización tanto del metal como del material adsorbente. Una reutilización posible es evaluada por nuestro grupo de trabajo pensando en utilizar un metal como hierro, adsorbido como contaminante en una arcilla y el conjunto (arcilla + hierro) ser la materia prima para la fabricación de un material con propiedades magnéticas.

En los últimos 10 años han empezado a acumularse en el ambiente, nuevos contaminantes, denominados emergentes, como por ejemplo antibióticos, analgésicos, productos de higiene personal, hormonas; de los cuales se tiene poca información ambiental, pero se sospecha su potencial impacto en el sistema endocrino de peces de río. Es por ello que en nuestro grupo está comenzando a estudiar el comportamiento de estas sustancias y su posible remoción con arcillas como adsorbentes.

La adsorción como proceso químico es muy versátil y permite por ejemplo incorporar en la estructura de las arcillas moléculas con una función determinada, por ejemplo, desinfectantes, moléculas que tienen la capacidad de controlar la producción de bacterias. Esto es importante para los envases que permiten conservar alimentos, por ejemplo. En este grupo también se estudia la obtención de arcillas bactericidas para su futura incorporación en materiales plásticos (films, por ejemplo) que podrían luego utilizarse en el envasado de alimentos.

Estos resultados, así como el bajo costo de este material y su abundancia en diferentes zonas del país, hacen que las arcillas sean plausibles de ser utilizadas en diversas tecnologías tanto incorporadas en polímeros como en el tratamiento de efluentes de la actividad agrícola e industrial.

 

Autoras y autores: Martina Gamba, Manuel Flores, Cesar Fernandez, Florencia Yarza, Emilia Zelaya, Facundo Barraqué, Mariela Fernandez, Luciana Montes, Rosa Torres Sanchez.

 

Referencias:

  1. https://es.wikipedia.org/wiki/Alfarería_y_mitos_creadores
  2. Handbook of clay science. Eds: Bergaya F., Theng B.K.G and Lagaly G., Elsevier, Amsterdam, 2006.

 

Actualizado el 01/07/2016