fecha: Marzo - Abril

Diana A. Medina Gonzalez¹ y Lucía G. Alvarado M.²

Resumen

La Electrosorción (deionización capacitiva) se define como la adsorción inducida por el potencial de iones en la superficie de un electrodo cargado.  El carbón activado se ha utilizado como superficie de contacto del electrodo debido a su alta capacidad de adsorción y buena conductividad eléctrica. El siguiente trabajo presenta los resultados obtenidos al estudiar la electroadsorción de Cr (III) y As III) sobre carbón activado. Las concentraciones empleadas fueron de 100 mg/L en los dos casos, observándose una buena capacidad de adsorción de estos metales en un rango de potencial de -1.0 a 1.0 V.

Palabras clave: Electro-adsorción, Carbón activado, Metales pesados.

Introducción

El desarrollo de nuevos materiales y productos, así como la perforación cada vez más profunda de pozos, se relaciona con metales disueltos, y más allá de eso, específicamente hablando, metales pesados. Los metales pesados se encuentran generalmente como componentes naturales de la corteza terrestre, en forma de minerales, sales u otros compuestos, no pueden ser degradados o destruidos fácilmente de forma natural o biológica ya que algunos no tienen funciones metabólicas específicas para los seres vivos (Abollino et al., 2002). La toxicidad de los metales pesados depende de su movilidad en el medio, que a su vez, depende de su especiación química, persistencia y tendencia de acumulación o bioacumulacion (Domenech & Peral, 2008.Kumar, et al; 2012). En México, las actividades industriales que están relacionadas con el uso y aprovechamiento de los mismos son la  industria eléctrica, petrolera, petroquímica, curtiduría, química, metalúrgica y de manufactura, las cuales son básicas para el desarrollo social, de ahí la importancia de proponer nuevas estrategias para minimizar su impacto ambiental.

Dentro de los metales pesados tóxicos más conocidos se encuentran el Arsénico y el Cromo. El arsénico se utiliza industrialmente como agente de aleación y también para el procesamiento de vidrio, pigmentos, textiles, papel y adhesivos metálicos. Dentro de las afectaciones a la salud por exposición a dicho metal está el cáncer y lesiones cutáneas. Su toxicidad depende del estado de oxidación, forma química y solubilidad en el medio biológico. La toxicidad del As (III) es aproximadamente 10 veces mayor que la del As⁵⁺ (Perez et,al; 2015). Otro metal de interés es el Cromo, como es sabido, dicho metal en estado hexavalente es causante de mutaciones y daño en material genético (Celso de Mello et al., 2011). Este metal pesado se usa en la industria automotriz, para el cromado de piezas o para el curtido de pieles, siendo en esta última actividad el Cromo Trivalente (3+) el que se encuentra en efluentes residuales. El cromo trivalente no es de gran toxicidad, pero bajo ciertas condiciones del medio se oxida, transformándose en cromo hexavalente, elemento de alta toxicidad.

Entre las técnicas de tratamiento de aguas para la remoción de metales pesados en agua se encuentran la filtración por membranas, electrodiálisis, osmosis inversa, intercambio iónico, precipitación química, coagulación, floculación y adsorción (Cavines et, al; 2015).  Comparando dichos tratamientos, la adsorción presenta la ventaja de poseer fácil operación, retención del metal en presencia de otros cationes,  la posibilidad de recuperar los metales pesados y cinética rápida y selectiva dependiendo del adsorbente, de lo cual también depende su rendimiento, básicamente por la estructura física del mismo (Liu & Lee, 2014). En la actualidad, el carbón activado es muy utilizado en el tratamiento del agua gracias a su elevada capacidad de adsorción, removiendo sustancias orgánicas y metales pesados (Lavado et,al; 2010); aunque el uso del Carbón activado para la adsorción de Metales pesados en solución es eficiente, se han hecho estudios para aumentar su rendimiento aplicando un potencial eléctrico en un ambiente controlado mediante la medición del potencial del electrodo (Zakaria, 2014), electroadsorción. Esta se refiere a un fenómeno de adsorción inducida por un diferencial de potencias sobre la superficie de un electrodo (Han et al. 2006), de esta manera los iones cargados dentro de la solución son forzados a moverse  hacia los electrodos de cargas opuestas, ocurriendo así la separación de cargas a través de la interfase Electrodo-Disolución (Li et, al;2008), lo cual favorece la capacidad de adsorción del carbón activado, ya que en función del potencial aplicado se modifica la densidad electrónica del adsorbente (carbón activado) pudiendo llevar a cabo la interacción con las especies iónicas en la disolución de interés (Bain et, al; 2010).

Métodos y materiales

Se prepararon soluciones de As (III) a partir de NaAsO₂ (Arsenito de Sodio), también las  soluciones de Cr (III) a partir de CrCl₃ 6H₂O, el agua utilizada fue Desionizada. Se utilizó carbón activado marca  Hycel, el cual fue acondicionado con una solución de KOH 1 N, grado reactivo (85 %, Monterrey), las mediciones de masa se realizaron en balanza analítica Precisa 205 A SCS, la placa de agitación multi-posición utilizada fue marca Velp, la agitación se llevó a cabo en todos los experimentos a 300 rpm; el pH y la conductividad fue medida con un conductivímetro Oakton.

Acondicionamiento del carbón.  El carbón activado fue sometido a un acondicionamiento con  KOH 1 N durante durante 30 minutos, posteriormente fue filtrado y secado a 100 °C.

Caracterización del carbón activado, Potencial Zeta. El equipo utilizado para las lecturas del Potencial Zeta del Carbón activado fue el ZETASIZER Nano Series marca Malvern, en el cual se llevó a cabo la lectura del potencial Zeta del carbón antes y después de realizar la adsorción de metales pesados en un intervalo de pH de 2 a 13 en una solución de KCl 1 mM.

Electrodos de carbón activado.  Se utilizaron barras de grafito de 0.5 cm de diámetro, a los cuales se les agregó una capa de carbón activado utilizando solución de Nafión marca Aldrich.

Electroadsorción. La experimentación fue llevada a cabo en una celda de microelectrólisis, empleando como electrodo de trabajo el  electrodo  preparado con carbón activado, como contra electrodo una barra de grafito y como referencia un electrodo de Calomel. Se realizaron corridas para un blanco que consistió en una superficie de grafito y posteriormente con el arreglo antes especificado.  Fueron utilizados 100 ml de solución 100 ppm de As (III)  y 100 ppm de Cr (III) de manera independiente. La ventana de potencial analizada fue de -1.0 a 1.0 V con una velocidad de barrido de 100 mVs^-1.

Resultados

Caracterización del carbón activado, Potencial Zeta. Para la caracterización del carbón activado acondicionado antes y después de la adsorción de los metales pesados As (III) y Cr (III)  se midió el potencial zeta, el cual es una manera de conocer el comportamiento del adsorbente, ya que indica cambios en el potencial de la superficie del mismo y en las fuerzas de atracción electrostática o repulsión en el sistema.

En la figura 1, se muestra el comportamiento del potencial Zeta respecto al pH.  Como puede observarse, el carbón activado presenta potencial zeta negativo, lo que indica que tendería a la adsorción física de aniones, así que se analizará en función de los respectivos diagramas de distribución de especies para los sistemas Cr (III) – H₂O y As (III)-H₂O, figura 2.  Situándonos en el caso del Arsénico, en la figura 1 puede verse como para valores de pH debajo de 6 y por encima de 9 el comportamiento es similar entre el carbón antes y después de la adsorción de Arsénico, ello se debe, figura 2, a que por debajo de pH 6 la especie predominante es el H₃AsO₃ la cual es especie neutra, y por lo que muestra el gráfico de potencial zeta, no cambia el punto de carga cero del carbón ni presenta adsorción.  Sin embargo entre 6 y 9 nos indica que existe una atracción, pese a su carga con el H₂AsO_3- , ello daría indicios de una adsorción tipo química.  Por otro lado, para el caso del Cr (III), entre pH 3 y 7 existe un cambio de potencial zeta más marcado a valores más positivos, lo que indica que está existiendo una atracción física entre la superficie y Cr3+, CrOH²⁺ y Cr (OH)₂⁺.

Electroadsorción. Para conocer la capacidad de electro-adsorción de los metales pesados de interés, se llevó a cabo una Voltamperometría cíclica en una ventana de potencial de -0.5 a 1.0 V y -0.5 a 0.8 V vs SCE respectivamente, iniciando hacia potenciales positivos desde el OCP y una velocidad de barrido de 100 mV/s.  En la figura 3 se presentan los voltamperogramas correspondientes a a) As (III) y b) Cr (III).  Como puede observarse en a) la señal correspondiente a carbón activado es alrededor del doble que la encontrada en la superficie de grafito, lo mismo que en el caso de b).  Para el caso del As (III) la adsorción inducida se ve reflejada hacia potenciales positivos ya que se trata de aniones, caso contrario para el caso del Cr (III) que se presenta como catión y es entonces que presenta a potenciales negativos.  Para el primer caso la adsorción se aprecia desde 0 a aproximadamente 0.6 V, mientras que en el segundo caso de 0.3 a -0.4 V.

La capacitancia por su parte fue calculada mediante las ecuaciones (1) y la capacitancia especifica con la ecuación  (2), la figura 4 muestra  los gráficos donde se relacionan los valores de capacitancia y potencial de los experimentos realizados con el As y Cr.

Donde i= Corriente eléctrica (A),

V= Potencial eléctrico (V) y

m= Masa del Carbón activado acondicionado (gr).

La capacitancia específica está relacionada con la masa de Carbón activado de los electrodos utilizados para la electro adsorción, es decir, la cantidad de iones electro adsorbidos por gramo del Carbón activado, la figura 5 muestra los gráficos donde se relacionan los valores de capacitancia específica y el potencial de los experimentos realizados para As y Cr capacitancia especifica.

Conclusiones

El uso de carbón activado como material adsorbente en procesos de electro adsorción de metales pesados como el As y Cr es una alternativa viable y efectiva ya que la capacidad de adsorción del carbón activado aumenta a potenciales bajos, haciendo que el uso de esta técnica ofrezca numerosas ventajas como el uso mínimo de energía para la remoción de estos metales en agua y un control del proceso de adsorción.

Bibliografia

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Zakaria, T. (2014). Intercambio iónico sobre resinas poliméricas, coagulación-floculación, precipitación química, sedimentado y adsorción sobre varios materiales adsorbentes, entre los cuales destaca el carbón activado por su actividad, estabilidad y capacidad de regeneración. Alicante: Universidad de Alicante.

Lic. Armando Cárdenas Bravo

Desde hace algunos años, el alcance y efectos que pudiera tener el derecho a la consulta otorgado a favor de las comunidades y pueblos indígenas, ha generado cierta incertidumbre en el sector minero puesto que no en pocas ocasiones el desarrollo de proyectos de explotación y beneficio de minerales coincide con zonas habitadas por ejidos y comunidades de esta índole.

Pero, ¿dónde se encuentra y en qué consiste este derecho? Pues bien, su fuente principal la hallamos en el Convenio 169 de la Organización Internacional del Trabajo (OIT) ratificado por el Estado Mexicano en 1990 y al tratarse de un instrumento internacional, en armonía con la jurisprudencia y reciente reforma a nuestra Carta Magna en materia de derechos humanos, forma parte de nuestro orden constitucional desde entonces.

En cuanto a su sustancia, el derecho a la consulta previa consiste básicamente en la obligación que contrajeron sus miembros en hacer partícipes en los procesos de decisión y aprobación de obras públicas o privadas a quienes el tratado mismo denomina “pueblos tribales”, que por su magnitud o impacto, pudieren ocasionarles afectaciones en las tierras que ocupan, en su entorno medio ambiental o incluso en sus costumbres y tradiciones religiosas. Se transcriben  a continuación los artículos más importantes del convenio para una mejor referencia del tema:

“Artículo 2

1. Los gobiernos deberán asumir la responsabilidad de desarrollar, con la participación de los pueblos interesados, una acción coordinada y sistemática con miras a proteger los derechos de esos pueblos y a garantizar el respeto de su integridad. (…)”

“Artículo 5.

 Al aplicar las disposiciones del presente Convenio:

a.      deberán reconocerse y protegerse los valores y prácticas sociales, culturales, religiosos y espirituales propios de dichos pueblos y deberá tomarse debidamente en consideración la índole de los problemas que se les plantean tanto colectiva como individualmente;

b.      deberá respetarse la integridad de los valores, prácticas e instituciones de esos pueblos;

c.      deberán adoptarse, con la participación y cooperación de los pueblos interesados, medidas encaminadas a allanar las dificultades que experimenten dichos pueblos al afrontar nuevas condiciones de vida y de trabajo.”

“Artículo 6

1. Al aplicar las disposiciones del presente Convenio, los gobiernos deberán:

a.      consultar a los pueblos interesados, mediante procedimientos apropiados y en particular a través de sus instituciones representativas, cada vez que se prevean medidas legislativas o administrativas susceptibles de afectarles directamente;

2. Las consultas llevadas a cabo en aplicación de este Convenio deberán efectuarse de buena fe y de una manera apropiada a las circunstancias, con la finalidad de llegar a un acuerdo o lograr el consentimiento acerca de las medidas propuestas.”

“Artículo 7

1. Los pueblos interesados deberán tener el derecho de decidir sus propias prioridades en la que atañe al proceso de desarrollo, en la medida en que éste afecte a sus vidas, creencias, instituciones y bienestar espiritual y a las tierras que ocupan o utilizan de alguna manera, y de controlar, en la medida de lo posible, su propio desarrollo económico, social y cultural. Además, dichos pueblos deberán participar en la formulación, aplicación y evaluación de los planes y programas de desarrollo nacional y regional susceptibles de afectarles directamente. (…)”

“Artículo 15

2. En caso de que pertenezca al Estado la propiedad de los minerales o de los recursos del subsuelo, o tenga derechos sobre otros recursos existentes en las tierras, los gobiernos deberán establecer o mantener procedimientos con miras a consultar a los pueblos interesados, a fin de determinar si los intereses de esos pueblos serían perjudicados y en qué medida, antes de emprender o autorizar cualquier programa de prospección o explotación de los recursos existentes en sus tierras. Los pueblos interesados deberán participar siempre que sea posible en los beneficios que reporten tales actividades, y percibir una indemnización equitativa por cualquier daño que puedan sufrir como resultado de esas actividades.”

Entonces, ¿de dónde proviene la incertidumbre si como acabamos de leer la consulta previa se encuentra expresa y claramente reconocida en el texto del convenio, incluso en tratándose de actividades mineras?

Al no ser un derecho debidamente incorporado de manera reglamentaria a las normas que regulan todas las actividades que caen bajo la autoridad del tratado, subsiste en la práctica indefinición sobre el momento, alcance y efectos de su ejercicio.

Así por ejemplo, en el campo de la minería, el derecho doméstico no ofrece respuestas puntuales sobre si la consulta debe realizarse antes de que se emitan las concesiones o después; si debe pesar lo mismo la opinión de las comunidades residentes a la opinión de las aledañas o incluso las que ni siquiera son vecinas; si el resultado de la consulta  debe ser vinculatorio o solamente testimonial, entre otras muchas cuestiones.

Dado que abordar todos estos temas daría para un texto vastísimo, el presente artículo se limitará a tratar lo referente al momento en que debe iniciarse el proceso de consulta, es decir, si debe hacerse, antes, durante o después de que se emita una concesión minera.

Para empezar, no hay que olvidar que el Convenio 169 de la OIT es por naturaleza un instrumento multilateral y por tanto su texto está diseñado para ofrecer lineamientos generales a sus adherentes, ya que si pretendiera regular casos concretos, correría el riesgo de ser inaplicable, pues lo que es una solución práctica en la legislación de un Estado, pudiera ser inoperante para todos los demás.

Por tanto, en el artículo 15 numeral 2 del convenio encontramos como base general respecto del momento para realizar la consulta el que se lleve al cabo “antes de emprender o autorizar cualquier programa de prospección o explotación de los recursos existentes en sus tierras”. Como vemos el convenio centra su aplicación respecto de lo que llama un “programa de prospección o explotación de minerales”. Por lo tanto, para el caso de nuestro país, debemos develar cuándo es que un proyecto minero obtiene la autorización de este tipo de instrumento.

Pudiera pensarse que es cuando la Dirección General de Minas emite a favor de un particular una concesión minera, pero en el nombre no debe llevar la penitencia, pues difícilmente se puede considerar que la expedición de una concesión se traduce en la autorización de un programa minero.

Si bien la concesión minera le traslada a un particular el derecho de explorar y explotar los minerales que en origen son del dominio de la Nación, ello no significa que junto con su expedición se tenga por autorizado un programa para la ejecución de dichas actividades.

En realidad, conforme a lo establecido en Ley Minera y su reglamento, el único propósito con efectos prácticos que tiene el trámite de titulación de una concesión minera es ubicar con precisión la localización del lote minero que se pretende amparar.

Así, la carga esencial del particular consiste en entregar a la autoridad minera los trabajos periciales para que con base en ellos se determinen dos situaciones: a) si el lote minero pretendido ocupa terreno libre y b) si existen  actividades preferentes de exploración y extracción de petróleo y de los demás hidrocarburos o del servicio público de transmisión y distribución de energía eléctrica. Si el lote solamente ocupa terreno libre y es posible la coexistencia entre las actividades preferentes y las mineras, no habría mayor obstáculo para que se emitiese el título.

La normativa minera no incluye en el proceso de titulación la entrega de ninguna otra información sustancial. Las facultades de la autoridad minera en esta etapa, se limitan a garantizar básicamente que los lotes mineros se vayan acomodando ordenadamente como piezas de un rompecabezas en el territorio nacional y que dentro del lote no haya actividades preferentes que se contrapongan con las mineras. Vamos, el interesado ni siquiera se encuentra obligado a especificar qué mineral pretende recuperar, mucho menos entonces informar el cómo y el cuándo, elementos básicos de lo que compondrían cualquier tipo de “programa”.

Así las cosas, el título de concesión minera solamente tiene por objeto delimitar el área dentro de la cual un particular puede ejercer y los derechos intrínsecos a su título, pero no representa la autorización de un programa minero propiamente dicho, por lo que no es aquí donde el artículo arriba citado deviene aplicable.

Curiosamente, la Ley Reglamentaria del artículo 27 Constitucional en Materia Minera publicada en el Diario Oficial de la Federación el día 22 de diciembre de 1975, si contemplaba como requisito para la expedición de concesiones mineras de exploración o de explotación, la aprobación de un programa minero, tal como se observa en los siguientes extractos de sus artículo 33 y 34:

“Los solicitantes de concesiones de exploración deberán presentar a la Secretaría del Patrimonio Nacional, para su aprobación, un programa de trabajos a realizar en el área solicitada.

El programa aprobado quedará inserto en el título de concesión y su ejecución formará parte de las obligaciones del concesionario”.

“Los solicitantes de concesiones y asignaciones mineras de explotación, deberán presentar a la Secretaría del Patrimonio Nacional para su aprobación un programa de trabajo a realizar en el área solicitada, conforme lo establezca el reglamento. El programa aprobado por la Secretaría quedará inserto en el título de la concesión y su ejecución formará parte de las obligaciones que deba cumplir el concesionario”.

De estar todavía vigentes dichos preceptos, no habría duda que la consulta previa debería desarrollarse antes de que se emitieran concesiones mineras de exploración o explotación, pues su expedición sí estaba sujeta a la aprobación de un programa minero.

Empero, en sustitución de dicha ley, se promulgó la Ley Minera publicada en el Diario Oficial de la Federación el día 26 de junio de 1992, vigente hasta nuestros días,  en donde se eliminó la necesidad de aportar un programa minero como condicionante para expedir concesiones mineras.

A partir de entonces nuestra legislación quedó huérfana de un cuerpo legal en donde se contenga la definición y mucho menos el desarrollo de lo que debe entenderse por “programa minero”. Por tanto, se tiene que recurrir a la interpretación jurídica para desentrañar qué normativa de nuestro marco jurídico prevé la aprobación de este programa, si es que acaso existe.

Desde nuestro punto de vista, la respuesta se encuentra en la ventanilla correspondiente a los aspectos de la protección al medio ambiente y el uso racional de los recursos naturales. Efectivamente, los artículos 28 fracción III y 30 de la Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente disponen claramente que quienes pretendan realizar actividades de exploración, explotación y beneficio de minerales, requerirán de una autorización previa en materia de impacto ambiental:

“ARTÍCULO 28.- La evaluación del impacto ambiental es el procedimiento a través del cual la Secretaría establece las condiciones a que se sujetará la realización de obras y actividades que puedan causar desequilibrio ecológico o rebasar los límites y condiciones establecidos en las disposiciones aplicables para proteger el ambiente y preservar y restaurar los ecosistemas, a fin de evitar o reducir al mínimo sus efectos negativos sobre el medio ambiente. Para ello, en los casos en que determine el Reglamento que al efecto se expida, quienes pretendan llevar a cabo alguna de las siguientes obras o actividades, requerirán previamente la autorización en materia de impacto ambiental de la Secretaría: (…)

III.- Exploración, explotación y beneficio de minerales y sustancias reservadas a la Federación en los términos de las Leyes Minera y Reglamentaria del Artículo 27 Constitucional en Materia Nuclear;”

“ARTÍCULO 30.- Para obtener la autorización a que se refiere el artículo 28 de esta Ley, los interesados deberán presentar a la Secretaría una manifestación de impacto ambiental, la cual deberá contener, por lo menos, una descripción de los posibles efectos en el o los ecosistemas que pudieran ser afectados por la obra o actividad de que se trate, considerando el conjunto de los elementos que conforman dichos ecosistemas, así como las medidas preventivas, de mitigación y las demás necesarias para evitar y reducir al mínimo los efectos negativos sobre el ambiente.(…)

Es en este momento, cuando el concesionario minero a través de la presentación de la manifestación de impacto ambiental, entrega a una autoridad federal, un documento equiparable a un “programa” en donde de manera detallada y clara, informa entre muchas otras cosas, la ubicación del proyecto, su dimensión, su preparación, la descripción de la obras, su operación y mantenimiento, la identificación y características de los posibles impactos de las operaciones, el manejo de residuos, las medidas de prevención y mitigación, la fijación de fianza y el desmantelamiento y abandono; conjunto de previsiones y actividades que presentadas así de manera ordenada y sistemática, sin  duda reúnen las características de lo que podríamos denominar como un “programa” para la ejecución de un proyecto minero, aunque no se le conozca formalmente con este nombre.

Aunado a lo anterior, el artículo 34 de la ley mencionada, establece que la manifestación de impacto ambiental, debe ser puesta a disposición pública y ser objeto de consulta por cualquier persona:

“ARTÍCULO 34.- Una vez que la Secretaría reciba una manifestación de impacto ambiental e integre el expediente a que se refiere el artículo 35, pondrá ésta a disposición del público, con el fin de que pueda ser consultada por cualquier persona”

En pocas palabras, en términos del Convenio 169 de la OIT armonizado con la regulación que rodea a la actividad minera en nuestro país, el momento específico en que una autoridad federal se encuentra facultada para autorizar un programa de exploración y explotación de minerales e iniciar un proceso de consulta, es cuando se presenta la manifestación de impacto ambiental y no cuando se solicita la expedición de una concesión minera.

Como se dijo en párrafos anteriores, los principios del Convenio deben ser aplicados bajo las particularidades de cada país. Así, en lugares como Guatemala y Costa Rica, tendría mucho sentido realizar la consulta antes de emitir una concesión minera pues de acuerdo a su normativa, el interesado debe entregar un programa minero en esa instancia, mientras que en Argentina, el interesado presenta un programa minero hasta que solicita la autorización ambiental, fase posterior a la emisión de la concesión  minera, por lo que en dicho país ya se tiene definido que  la consulta previa tiene lugar hasta ese momento.

En este sentido, al hacer un estudio de derecho comparado entre las legislaciones administrativas aplicadas en materia minera en los diferentes Estados miembros del convenio, en cada uno hay una solución ad hoc. En México sin duda alguna se ha establecido una solución escalonada.

En conclusión, podemos sostener que el derecho a la consulta previa en materia minera sí forma parte integral de nuestro marco jurídico y solamente faltaría homologar sus términos, es decir, si a la Ley Minera se le incorporara un precepto en donde se señalara expresamente que la emisión de una concesión no representa la autorización de un programa de exploración y explotación, y en los artículos relativos de la  Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente se equiparara expresamente la presentación de una manifestación de impacto ambiental a la presentación de un programa de exploración y explotación, se tendría por afinada la aparente desarmonización legislativa, causada más por una disonancia de términos que por desacoplamiento entre una norma internacional y nuestro derecho interno.

No obstante lo anterior, la tendencia que parecería tomar fuerza en nuestro país es la que considera que la consulta debe realizarse antes de la obtención de la concesión  minera. Así por ejemplo en el caso del amparo presentado por la comunidad indígena de San Miguel del Progreso en el estado de Guerrero, Júba Wajíin, la resolución en primera instancia determinó anular una treintena de concesiones mineras expedidas en la región, por no haberse respetado el derecho a la consulta durante el trámite para su obtención y aunque falta por resolverse el amparo en el caso mediáticamente más difundido de los Wixárikas sobre concesiones expedidas en San Luis Potosí, el pronunciamiento de la Comisión Nacional de Derechos Humanos en la Recomendación  56/2012, se adhiere a esta tendencia pues instó a la Secretaría de Economía a considerar la cancelación de las concesiones mineras involucradas en el proyecto y a hacer lo necesario para incorporar expresamente en la Ley Minera el derecho a la consulta como parte del trámite de expedición de las concesiones.

Curiosamente, dicha tendencia de pensamiento incurre quizás de manera involuntaria en la normalización de un prejuicio o en el defecto de la generalización, pues si como ya vimos en el trámite para emitir una concesión minera, el solicitante no expone ni un ápice algún tipo de información sobre sus actividades, una consulta en esta etapa no pondría al escrutinio público los beneficios y riesgos de un proyecto minero para los habitantes de una comunidad, sino que simplemente redundaría en la discusión sobre si la actividad minera es buena o mala, cuando lógicamente no hay una respuesta absoluta para tal pregunta, cada proyecto minero debería poder defenderse por sí mismo, claro, una vez que sepamos de que se trata.

Abogado en la rama minera. Calderón, González, Carvajal, S.C.

Josué Manuel Perea Jiménez¹ y Lucía Guadalupe Alvarado Montalvo²

Resumen

En el presente trabajo, se realizó una caracterización fisicoquímica y electroquímica de un carbón activado comercial, para así evaluar su capacidad de adsorción y electro-adsorción, además de sentar bases sobre la posibilidad de utilizar dicho material como electrodo para el tratamiento de efluentes. Siendo la electro-adsorción una adsorción inducida por una diferencia de potencial entre un sistema de electrodos, este principio fue utilizado para la caracterización de material carbonoso mediante su aplicación como adsorbente de sales, en este caso NaCl, sobre carbón activado y así estudiar ambas capacidades.

Abstract

In this work, a physicochemical and electrochemical characterization was done on the commercial activated carbon surface, to evaluate its adsorption and electro sorption capacities, and so, lay the groundwork about the possibility of use this material as electrode for the effluents treatment.   Electro sorption is a kind of induced adsorption promoted by an electric potential gradient between an electrodes system, this principle was used to do the characterization of the carbon material, applying this technique during the adsorbing of salts, in this case NaCl, on activated carbon and so to study both capacities.

Palabras Clave: Adsorción, Electro-adsorción, carbón activado.

Introducción

En la actualidad, la normatividad gubernamental establece implícitamente el requerimiento de tratamiento de efluentes generados por la industria, de tal manera que ésta reduzca la cantidad y toxicidad de sus residuos y a la vez, se minimice el riesgo que representan para el ecosistema (Tabti et al. 2014). Lo anterior, implica la necesidad de trabajar en el desarrollo de investigación orientada al diseño de materiales, además de técnicas que ayuden en la eliminación de contaminantes presentes en el agua, como por ejemplo, metales pesados y sales.  Para dicho fin, una amplia gama de métodos físicos, químicos y fisicoquímicos han sido desarrollados, siendo la adsorción con carbón activado, uno de los métodos más tradicionales, debido a su alta eficiencia y bajo costo.

Se sabe que el carbón activado es un material con una gran área superficial, lo que permite una alta capacidad para adsorber materiales presentes en líquidos y gases; además, ya que se trata de un material no selectivo a especies orgánicas e inorgánicas, es posible emplearlo para la eliminación de más de una especie a la vez, lo que lo hace versátil para una amplia gama de posibilidades de aplicación (Piwek, J.).  Si bien, la estructura del carbón activado permite la adsorción superficial de especies, su desorción requiere de nuevas condiciones, cambio de temperatura o el uso de una solución con la que el sustrato entre en contacto, de tal manera que permita una elución (siempre y cuando haya una adsorción física) (Hou, C.).  Sin embargo, realizar un proceso de electro-adsorción permite que se pueda aplicar un campo eléctrico, el cual, una vez terminado el proceso, sea invertido para obtener la desorción del ion. Al aplicar un campo eléctrico entre dos electros, los iones parte de la solución serán forzados a desplazarse hacia el electrodo de carga opuesta, lo que da lugar a la separación iónica (Bard et al. 2001).

Así, el objetivo general del presente proyecto es la caracterización de carbón activado, evaluando su potencial para para ser aplicado en sistemas de adsorción y electro-adsorción, evaluando su capacidad de adsorción libre e inducida mediante la aplicación de un campo eléctrico externo.

Metodología

Adsorción. Primero se realizaron pruebas para determinar la cantidad de carbón activado marca Hycel necesaria para realizar las subsecuentes pruebas de adsorción. Esta prueba consistió en variar la masa de carbón en un intervalo de 0.01, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6 y 0.8 g, mismas que fueron puestas en contacto separadamente con 20 mL de solución de NaCl 1M y agitadas por un periodo de 2 h y filtradas.  Al finalizar se determinó la conductividad del filtrado con un medidor de conductividad marca Oakton.  Todas las pruebas y análisis fueron llevados a temperatura ambiente.

Una vez que se determinó dicha cantidad, se procedió a realizar pruebas de adsorción para obtener las isotermas y aplicar el modelo de Freundlich y Langmuir manteniendo la cantidad de carbón activado constante (0.01 g) en 20 mL de solución de NaCl a concentraciones 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 1, 1.5, 2 y 3 M en agitación constante durante 2 horas, tiempo necesario para alcanzar el equilibrio tanto en la fase líquida, como sólida. 

Electroadsorción. Utilizando una barra de grafito de 5 mm de diámetro, se procedió a fabricar el electrodo para análisis.  Se colocó cinta teflón en la zona lateral de la barra cilíndrica con el objetivo de trabajar sólo con el área circular plana expuesta.  Esa barra se trabajó como blanco, posteriormente también se le colocó una masa conocida de carbón activado, pegado con solución Nafion (Sigma AldrichTM).  Los dos sistemas evaluados se citan a continuación en la Tabla 1.

Dichos sistemas se evaluaron en una ventana de -0.25 a 0.75 V vs cada electrodo analizado, a una velocidad de barrido de 50mV s^-1 mediante un potenciostato/galvanostato. Estos sistemas se compararon contra un sistema en las mismas condiciones con un electrodo de trabajo que se tomó como blanco: barra de grafito, con diámetro de 5mm.

Resultados

La capacidad de adsorción puede verificarse mediante la Figura 1, donde, a medida que se aumenta la concentración de la solución que entra en contacto con el carbón activado, la adsorción se incrementa. Dichos incrementos son lineales, en los primeros cinco puntos, y más allá de ellos, se observa cómo la pendiente cae, lo que significa que se ha alcanzado la saturación del material, es decir el equilibrio, y por lo tanto, esto es indicativo de su capacidad máxima, que como se puede observar es desde el punto donde se pierde la linealidad del NaCl adsorbido y comienza una línea sin gran pendiente, por lo que se puede ubicar en el gráfico que este es el límite en el cual se  satura al material en un rango aproximado a los 20000 mg g^-1, observándose como el carbón activado utilizado es capaz de adsorber esta máxima cantidad de adsorbato, por lo que este límite nos ayuda a saber que el CA utilizado tiene este límite de adsorción, el cual es muy alto.

Los resultados de adsorción en base a los modelos de Langmuir y Freundlich, se presentan en las Figuras 2 y 3, respectivamente, donde se puede observar que el ajuste es ligeramente mejor en el modelo de Freundlich, ello significaría que el tipo de adsorción es más del tipo físico, cuestión que favorecería la constante reutilización del carbón. Por su parte, el ajuste al modelo de Langmuir, indica que el proceso de adsorción se da por medio de una adsorción en monocapa, que para este caso fue un poco menor. Tomando en cuenta esta isoterma de Langmuir podríamos estimar que nuestro material tiene 1×10⁶ espacios disponibles para poder adsorber iones de forma independiente. Sin embargo, las correlaciones encontradas ameritan mayores estudios debido a que su correlación para ambos casos fue baja. El efecto de la primera figura indicaría estar orientada al tipo de isoterma favorecida hacia Langmuir.

En cuanto al proceso de electro-adsorción o electrosorción, como se ha comentado, se exploró una diferencia de campo eléctrico de 1 V en total, para asegurar la no existencia de procesos Faradáicos (transferencia de carga), es decir, garantizar que sólo los procesos no Faradáicos tendrían lugar, como lo son los procesos de adsorción. En las Figuras 4 y 6 podemos observar el aumento de la corriente en la zona de nuestra doble capa eléctrica, por el aumento de material adsorbido entre los dos materiales.  En las Figuras 5 y 7 se muestran los gráficos calculados para evaluar la capacitancia con respecto a la ventana de potencial aplicado; como puede observarse, el efecto de la capa de carbón activado, electrodo modificado, muestra una mayor capacidad de adsorción en comparación con la barra de grafito, ya que el aumento de la capacitancia en función del incremento del potencial nos indica su capacidad para adsorber en este caso el cloruro de sodio, al igual que el proceso de desorción, al invertir la dirección de la aplicación de diferencial de potenciales. Para ambos sistemas evaluados se nota alrededor de 400 mF por gramo de carbón utilizado en la adsorción (realizando la diferencia correspondiente con el grafito).

Conclusiones

La ventaja que pueden presentar materiales con capacidad de adsorción en su aplicación para la eliminación de diferentes tipos de especies presentes en medios acuosos, pueden verse beneficiados, ya que una de las ventajas del carbón activado en un proceso de electro-adsorción, es que el material puede ser reutilizado ya que por la aplicación de diferentes potenciales nos ayuda a poder adsorber materiales, como en este caso el cloruro de sodio y desorber al momento de invertir o modificar el potencial, por lo que el uso de este tipo de material para procesos adsortivos en desalinización de aguas, se ve como una práctica viable, por su capacidad de ser reutilizado y el tiempo de equilibrio, que en procesos electroadsortivos se disminuyen por la aplicación del potencial y la generación del campo eléctrico que atrae los iones.  Lo anterior, además de la baja energía requerida para el proceso lo hace competitivo para el desarrollo de sistemas de tratamiento en continuo con una regeneración in situ.

Agradecimientos

El estudiante Josué Manuel Perea Jiménez  agradece al Comité de Verano de la Ciencia Región Centro la beca otorgada; al Departamento de Ingeniería en Minas, Metalurgia y Geología por las facilidades para el uso de sus laboratorios; al técnico académico Juan Carlos Martínez Barrón por su apoyo en la realización de determinaciones de concentración de especies; al Dr. José Luis Nava y Locksley Castañeda por las facilidades para realizar parte del trabajo en sus laboratorios. Se agradece a la Doctora Lucia Alvarado por su  apoyo durante el proyecto y por inspirar en nosotros como estudiantes la labor de la investigación y acercarnos a la ciencia para buscar mejora constante.

¹Universidad Autónoma de Querétaro, Facultad de Química, Cerro de las campanas s/n, Centro Universitario, C.P.76010, Querétaro, Qro., jperea29@alumnos.uaq.mx

² Universidad de Guanajuato, Campus Guanajuato.  Departamento de Ingeniería en Minas, Metalurgia y Geología, División de Ingenierías, Sede San Matías, Ex. Hacienda San Matías s/n Fracc. San Javier C.P. 36020, Guanajuato, Guanajuato lucia.alvarado@ugto.mx

Bibliografía

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