Estudio de la extracción de fenoles y clorofenoles empleando líquidos iónicos mediante el método COSMO-RS

Abstract

Las sustancias orgánicas contaminantes presentes en el agua constituyen un problema global que es necesario considerar con especial atención. En concreto, los compuestos fenólicos y clorofenoles vertidos en aguas residuales de diferentes actividades industriales (petroquímica, farmacéutica, textil…), son contaminantes muy nocivos para la salud humana y el medio ambiente en su conjunto. Existen otras fuentes de introducción de estos compuestos en el medio ambiente como los pesticidas, insecticidas, degradación de hidrocarburos clorados, etc. Los fenoles y clorofenoles vertidos en el agua tienen el potencial suficiente para contaminar el ecosistema acuático (superficial y subterráneo), poniendo en riesgo toda la cadena alimentaria, desde microorganismos hasta seres humanos. Además, estos compuestos son persistentes y recalcitrantes, lo que significa que mantienen niveles de toxicidad muy altos durante largos periodos de tiempo. Su degradación térmica y química crea sustancias muy agresivas para la salud humana y animal. La exposición a este tipo de sustancias en el entorno laboral es la más agresiva, y está inevitablemente asociada a numerosos riesgos en la salud humana. Se ha investigado que los compuestos fenólicos y clorofenoles pueden causar cambios histopatológicos, daños en el ADN y efectos mutagénicos y carcinogénicos en los trabajadores expuestos en determinados niveles. A raíz del riesgo que conforman estos contaminantes, existen diferentes métodos fisicoquímicos de separación para eliminar estas sustancias de efluentes acuosos. El que ha dado mejores resultados a la hora de separar selectivamente diferentes compuestos es la extracción líquido-líquido con disolventes. Este método se efectúa comúnmente con compuestos orgánicos volátiles (COVs), disolventes tóxicos e inflamables como el dimetiléter líquido. Diferentes regulaciones medioambientales como REACH (N.º 1907/2006) o IPPC (2010/75/UE) señalan estos compuestos como deseables de sustitución, para que su utilización sea mínima y lo más controlada posible. A la cuestión que se ha expuesto y, en concordancia con las regulaciones medioambientales y los principios de la Química Verde; va ineludiblemente ligada la búsqueda de alternativas sostenibles para mejorar los procesos de eliminación de sustancias contaminantes, donde radica la razón de ser de este proyecto. Los líquidos iónicos se presentan como una alternativa prometedora a los COVs en operaciones de separación, tanto por sus propiedades características (alta estabilidad térmica y química, elevado poder disolvente, presión de vapor despreciable que limita sus emisiones atmosféricas…), como por su concepción de disolventes de diseño. En concreto, se trata de sales fundidas de carácter iónico, habitualmente con puntos de fusión por debajo de 100ºC, formadas por la coordinación de un catión orgánico con un anión orgánico o inorgánico, cuyas propiedades fisicoquímicas pueden modularse en función de la selección de contraiones de su estructura. Sin embargo, considerando la gran cantidad de combinaciones de contraiones posibles para formar líquidos iónicos, el empleo de modelos termodinámicos que permitan estimar el comportamiento de los sistemas es de gran interés para el desarrollo de nuevos procesos de separación. Los modelos termodinámicos tradicionales, como UNIFAC o NRTL, requieren parámetros de ajuste que deben obtenerse a partir de datos experimentales. En este sentido, el método químico-cuántico COSMO-RS permite predecir el equilibrio termodinámico de fluidos a partir de los potenciales químicos de las especies en disolución en base a la distribución de carga en la superficie molecular de los compuestos. De este modo, la principal ventaja del método COSMO-RS con respecto a los modelos termodinámicos convencionales es que no necesita de datos experimentales para determinar parámetros funcionales, siendo tan solo necesaria la información estructural de los compuestos de interés; por tanto, esto resulta especialmente relevante para el caso de disolventes neotéricos como los líquidos iónicos, para los cuales la información experimental disponible aún es limitada. El objetivo de este proyecto es la realización de un estudio computacional utilizando el método químico-cuántico COSMO-RS, con el fin de evaluar el empleo de líquidos iónicos como disolventes de extracción de cinco solutos de carácter orgánico de efluentes acuosos: fenol, 2-clorofenol, 3-clorofenol, 4-clorofenol y o-cresol (2-metilfenol).