Caracterización de materiales híbridos arcillas/biomasas de algas obtenidos a partir de técnicas sustentables y su implicancia ecotoxicológica

Abstract

La región patagónica ha experimentado una intensa actividad petrolera desde el descubrimiento del petróleo en 1907, lo que ha generado daños significativos en el suelo debido a derrames accidentales. Esta contaminación requiere métodos efectivos de remediación, aunque los criterios para su tratamiento continúan siendo objeto de debate, debido a la complejidad del petróleo crudo. Las arcillas y las algas marinas se presentan como alternativas eficaces y de bajo costo para la sorción de contaminantes. Las arcillas han demostrado una alta capacidad de adsorción de compuestos orgánicos, mientras que las algas pueden actuar como bioestimulantes, biofertilizantes o en la fabricación de compost. El desarrollo de materiales híbridos orgánico- inorgánicos, basado en los principios de la Química Verde, permite crear tecnologías que minimizan el uso de sustancias peligrosas y optimizan los procesos, reduciendo la generación de residuos. Estos materiales podrían desempeñar un papel clave en la gestión ambiental mejorando la sorción del petróleo y reduciendo el riesgo ambiental. En este contexto, esta tesis se enfoca en la preparación mediante dos técnicas de calentamiento, de materiales híbridos, a partir de arcilla y algas presentes en la región patagónica. La caracterización de estos materiales se llevó a cabo mediante análisis fisicoquímicos, difracción de rayos X, espectroscopía infrarroja, capacidad de sorción, junto con ensayos de ecotoxicidad, lo que permitió una evaluación integral del impacto ambiental. Los resultados revelaron que la arcilla utilizada es principalmente montmorillonita, mientras que las algas empleadas corresponden a Codium fragile y Undaria pinnatifida. El calentamiento por microondas favoreció una mayor delaminación de la arcilla en la preparación de los materiales híbridos, lo que mejoró su capacidad de sorción, alcanzando niveles comparables a los de sorbentes industriales. Además, se observó que los materiales híbridos reducen la solubilidad del petróleo en agua y, por ende, su toxicidad. Estos materiales también aportan nutrientes y mejoran las condiciones del suelo. En los ensayos de ecotoxicidad, realizados mediante los métodos directo y de elutriado, se observó que la especie Grindelia chiloensis podría utilizarse como indicador en estudios de toxicidad en la región patagónica ya que los resultados son similares a los obtenidos con la especie de referencia Lactuca sativa. Finalmente, el análisis multivariado identificó al pH, conductividad eléctrica, capacidad de sorción, y la solubilidad en agua de los hidrocarburos del petróleo, junto con el índice de germinación, como los parámetros más relevantes en el comportamiento de los materiales, lo que confirma su efectividad y sostenibilidad ambiental.

The Patagonian region has experienced intense oil activity since the discovery of oil in 1907, which has generated significant damage to the soil due to accidental spills. This contamination requires effective remediation methods, although the criteria for its treatment continue to be the subject of debate, due to the complexity of crude oil. Clays and seaweeds are presented as effective and low-cost alternatives for the sorption of contaminants. Clays have demonstrated a high adsorption capacity for organic compounds, while algae can act as biostimulants, biofertilizers or in the manufacture of compost. The development of organic-inorganic hybrid materials, based on the principles of Green Chemistry, allows the creation of technologies that minimize the use of hazardous substances and optimize processes, reducing waste generation. These materials could play a key role in environmental management by improving oil sorption and reducing environmental risk. In this context, this thesis focuses on the preparation of hybrid materials from clay and algae present in the Patagonian region using two heating techniques. The characterization of these materials was carried out using physicochemical analysis, X-ray diffraction, infrared spectroscopy, sorption capacity, along with ecotoxicity tests, which allowed a comprehensive assessment of the environmental impact. The results revealed that the clay used is mainly montmorillonite, while the algae used correspond to Codium fragile and Undaria pinnatifida. Microwave heating favored a greater delamination of the clay in the preparation of the hybrid materials, which improved their sorption capacity, 13 reaching levels comparable to those of industrial sorbents. In addition, it was observed that the hybrid materials reduce the solubility of oil in water and, therefore, its toxicity. These materials also provide nutrients and improve soil conditions. In the ecotoxicity tests, carried out using the direct and elutriate methods, it was observed that the species Grindelia chiloensis could be used as an indicator in toxicity studies in the Patagonian region since the results are similar to those obtained with the reference species Lactuca sativa. Finally, the multivariate analysis identified pH, electrical conductivity, sorption capacity, and the water solubility of petroleum hydrocarbons, together with the germination index, as the most relevant parameters in the behavior of the materials, which confirms their effectiveness and environmental sustainability.