Análisis de la viabilidad de las ciclodextrinas para la depuración de aguas residuales

Abstract

En este Trabajo Fin de Grado se realiza un análisis acerca del uso de las ciclodextrinas para el tratamiento de aguas residuales. Los trabajos analizados forman parte de un estudio bibliométrico realizado en Scopus, utilizando “Cyclodextrin”, “Wastewater” y “Removal” como palabras clave. La búsqueda se ajusta en el periodo entre 1999 y 2022, destacando un aumento de publicaciones con el tiempo y dando lugar a los 295 documentos analizados. La mayoría de los estudios analizados son artículos ocupando un 90% del total lo que indica que es un tema en auge. Por otro lado, si se analizan las palabras con mayor ocurrencia en los estudios encontramos adsorción, ciclodextrinas y tratamiento de aguas. Las instituciones más productivas se ubican en China, y la que mayor número de documentos ha publicado es el Ministerio de Educación de China. Se observa una relación baja entre los países. El análisis de las palabras clave permite afirmar que el uso de las ciclodextrinas para el tratamiento de las aguas residuales se ha centrado en la adsorción de fármacos, metales pesados y tintes. Entre los productos farmacéuticos más destacados encontramos el ibuprofeno y la pimavanserina, para ambos se valoró y estudió su capacidad de adsorción, la cual aumenta con el valor de la dosis del adsorbente, por otro lado, el pH para cada uno de los tratamientos es diferente, entre 2-3 para el ibuprofeno y de 4-6 para la pimavanserina. Por último, ambos adsorbentes pueden ser reutilizados, el ibuprofeno posee una característica concreta, la capacidad de adsorción aumenta con el paso de los ciclos a diferencia del resto de tratamientos. A diferencia del caso anterior para el análisis de los metales hay mayor cantidad de productos estudiados: el cobre (Cu(II)), el cadmio (Cd(II)), el mercurio (Hg(II)), el cromo (Cr(III)), el plomo (Pb(II)), el zinc (Zn(II)), el níquel (Ni(II)) y el manganeso (Mn(II)). De manera similar al caso anterior se estudia la capacidad de adsorción según el pH que debe oscilar entre 2 y 6 para no que no precipite el metal, además la capacidad de adsorción aumenta acorde a un aumento del pH hasta volverse estable, la cinética de la adsorción y el ajuste de las isotermas dependerá de la concentración inicial del metal, así como la ciclodextrina con la que se trata. Y la reutilización se considera viable en todos los casos mostrados. Por último, se hizo un estudio sobre los tintes más comunes: azul de metileno (MB), bisphenol A (BPA), naranja de metileno (MO), rodamina, rojo básico 46 (BR), β-naphthol (BN), violeta cristal (CV), safranina (SO) y verde de malaquita (MG). Se estudiaron los mismos parámetros, pero con distintos baremos en algunos casos, el pH podía llegar hasta 12 produciéndose un aumento constante en la adsorción de manera genérica. La cinética y las isotermas le ocurre lo mismo que a los metales, varía según la cantidad tratada y la ciclodextrina usada. Por último, la reutilización es viable en todos los casos estudiados, pero no ha de coincidir que la ciclodextrina que produzca una mejor reutilización sea la más adecuada en el resto del proceso.

The studies analyzed are part of a bibliometric study carried out in Scopus, using "Cyclodextrin", "Wastewater" and "Removal" as keywords. The search is adjusted in the period between 1999 and 2022, highlighting an increase of publications over time and resulting in the 295 studies and documents analyzed. Most of the studies analyzed are articles, occupying 90% of the total, which indicates that this is a growing topic. On the other hand, if we analyze the words with the highest occurrence in the studies, we find adsorption, cyclodextrins and water treatment. The most productive institutions are located in China, and the one that has published the largest number of papers is the Ministry of Education of China. There is a low ratio between countries. The keyword analysis allows us to state that the use of cyclodextrins for wastewater treatment has focused on the adsorption of pharmaceuticals, heavy metals and dyes. Among the most outstanding pharmaceuticals we find ibuprofen and pimavanserin, for both their adsorption capacity was evaluated and studied, which increases with the value of the adsorbent dose, on the other hand, the pH for each of the treatments is different, between 2-3 for ibuprofen and 4-6 for pimavanserin. Finally, both adsorbents can be reused, but ibuprofen has a specific characteristic: its adsorption capacity increases with the passing of the cycles, unlike the other treatments. Unlike the previous case, for the analysis of metals there are a greater number of products studied: copper (Cu(II)), cadmium (Cd(II)), mercury (Hg(II)), chromium (Cr(III)), lead (Pb(II)), zinc (Zn(II)), nickel (Ni(II)) and manganese (Mn(II)). In a similar way to the previous case, the adsorption capacity is studied according to the pH, which must oscillate between 2 and 6 so that the metal does not precipitate; in addition, the adsorption capacity increases according to an increase in pH until the adsorption becomes stable; the kinetics of the adsorption and the adjustment of the isotherms will depend on the initial concentration of the metal, as well as the cyclodextrin with which it is treated. And reuse is considered feasible in all cases shown. Finally, a study was made on the most common dyes: methylene blue (MB), bisphenol A (BPA), methylene orange (MO), rhodamine, basic red 46 (BR), β-naphthol (BN), crystal violet (CV), safranin (SO) and malachite green (MG). The same parameters were studied, but with different scales in some cases, the pH could reach up to 12 producing a constant increase in adsorption in a generic way. The kinetics and isotherms are the same as for metals, varying according to the amount treated and the cyclodextrin used. Finally, reuse is feasible in all the cases studied, but it does not coincide that the cyclodextrin that produces the best reuse is the most suitable for the rest of the process.