Extracción de boro de disoluciones acuosas utilizando disolventes eutécticos profundos

Abstract

El control sanitario de los contaminantes del agua de consumo es uno de los objetivos principales de la Salud Pública. Por este motivo, tanto la aplicación de la legislación nacional como la aplicación de Directivas europeas están destinadas a garantizar que el agua que se consume sea potable y tenga un porcentaje de concentración de contaminantes muy reducido.

Dentro de los contaminantes del agua se encuentra el boro. Este elemento en medios acuosos está presente en forma de ácido bórico y en equilibrio con el ion borato. A pesar de que en la naturaleza estas concentraciones de ácido bórico son bajas, en otras fuentes de agua como las contaminadas por la industria, los niveles de boro pueden variar de forma significativa. Además, la principal razón de la presencia de boro en las aguas superficiales, son los efluentes urbanos que contienen productos de limpieza y detergentes, a parte de los vertidos industriales.

Las medidas para la depuración de este contaminante van a depender del compuesto o derivado del boro que se desee eliminar. A pesar de que ya hay diferentes tecnologías que abordan la extracción del boro de disoluciones acuosas, muchas de ellas no han sido desarrolladas lo suficiente. Entre las técnicas aplicadas destacan el intercambio iónico, la precipitación y la ósmosis inversa. Sin embargo, la extracción de boro con disolventes orgánicos es uno de los métodos con más efectividad y selectividad que existen.

En el presente Trabajo Fin de Grado, se ha optado por el estudio de la extracción del boro de disoluciones acuosas mediante la técnica de extracción líquido-líquido empleando disolventes más sostenibles como los disolventes eutécticos profundos e hidrofóbicos formados a base de terpenos y dioles. Para ello, primeramente ha sido necesario revisar en la bibliografía la definición de disolvente eutéctico profundo (Deep Eutectic Solvent, DES) y conocer qué lo diferencia de los disolventes eutécticos convencionales. En la definición de DES queda claro la importancia de la determinación de los diagramas de equilibrio de fases sólido-líquido, pues ayudan a definir los rangos de composición para los cuales los disolventes están en fase líquida a las temperaturas de operación. De manera paralela, se fue buscando en la bibliografía aquellos DES que ya habían sido usados para la depuración del boro, además de ir seleccionando otras mezclas de disolvente que han sido estudiadas.

Por otro lado, para la clasificación de los DES que mejor se adecuaban en la extracción del boro, ha sido necesario la modelización predictiva de los diagramas sólido-líquido empleando los modelos termodinámicos ideal, UNIFAC-DORTMUND y COSMO-SAC. Con estos modelos representados, se pudo discernir entre los disolventes que eran DES y los que no. De entre todos los estudiados destacaron todos los disolventes a base de timol y algunos a base de mentol.

Finalmente, además de la obtención de estos diagramas, la eficiencia de la extracción líquido-líquido también ha sido evaluada mediante los cálculos de los coeficientes de reparto y las selectividades para cada mezcla de disolvente estudiada. Estos últimos cálculos fueron obtenidos también mediante el modelo COSMO-SAC. Con respecto a estas magnitudes sobresalen las mezclas preparadas con limoneno, aunque no se corresponden con DES, y las de mentol. Concretamente para el coeficiente de reparto resaltan las mezclas de limoneno con 2-Metilpentanodiol-2,4, y las de mentol con 3-Metilpentanodiol-2,4, 3-Metil-5-etilnonanodiol-2,4 y 2-Etil-1,3-hexanodiol. Y para las selectividades destacaron las mezclas de limoneno con 3-Metilpentanodiol-2,4 y las mismas que para el coeficiente de reparto a base de mentol.

Así los disolventes que, en este estudio de cribado, se seleccionan para continuar con los estudios de extracción son: los disolventes a base de mentol con los dioles 3-Metilpentanodiol-2,4, 3-Metil-5-etilnonanodiol-2,4 y 2-Etil-1,3-hexanodiol.