El impacto de los metales en la Biología y el Medio Ambiente

Agilent Technologies y la Universidad de Cincinati anunciaron la apertura de un centro en el cual diversos equipos de investigadores del Continente Americano estudiarán el impacto de los metales en los sistemas biológicos. El Centro Metalonómico de América de la Universidad de Cincinati y Agilent Technologies investigará tanto las aplicaciones como el rol de los componentes metálicos como pronosticadores de daño profundo así como nuevos métodos de detección para agentes de guerras químicas.

El objetivo del centro es el de apoyar la investigación en todos los campos relacionados con el análisis de metales y especies de metales así como su interacción alrededor de sistemas biológicos y ecológicos. Las solicitudes incluyen investigación neurológica, metaloproteómica, etiquetas metálicas para niveles ultra rastreables en la determinación de componentes orgánicos así como monitoreo medioambiental, entre muchos otros, a través del uso de la cromatografía de líquidos (LC) a la par tanto de espectometría de masas acoplada a plasma inductivo (LC-ICP-MS) y la espectometría de masas (LC-MS).

“Estamos muy entusiasmados de anunciar esta colaboración internacional, la cual promete traer tecnología de punta a nuestros laboratorios de investigación, lo cual beneficiará tanto a nuestros estudiantes como a nuestra plantilla de profesores”, aseguró Nancy L. Zimpher, Rectora de la Universidad de Cincinati.

“Este importante Centro encaja de manera perfecta con nuestra visión estratégica, lo que nos posiciona como una universidad urbana de investigación que trabaja para poner a los estudiantes en el centro de todo lo que hacemos y para construir asociaciones académicas y comunitarias basadas en la excelencia de Agilent en investigación”.

Agilent ha trabajado con la Universidad de Cincinati desde los últimos 5 años proporcionándoles el equipo de espectometría de masas e instrumentos relacionados con el fin de que el campus pudiera empezar a orientarse a la investigación metalonómica”, agregó Chris Toney, Vicepresidente y Gerente General de sistemas de análisis químicos y espectometría de masas en Agilent. “La apertura de hoy marca un precedente clave en la investigación continua para ayudar en la orientación de enfermedades críticas así como en las diferentes preocupaciones medioambientales”.

El professor de Química y Director del Centro, Joe Caruso enfatizó, “El Centro Metalonómico de América es el primero en su tipo en el mundo. El establecimiento de este Centro presagia excelentes cosas para un amplio espectro de colegas en la universidad así como para muchos colaboradores del centro alrededor del continente”.

La lista de socios, la cual se espera se expanda globalmente en el futuro, actualmente incluye a:

• Comisión Argentina de Energía Atómica
• Universidad de Indiana (EU)
• Consejo Nacional para la investigación técnica y científica de Argentina
• Consejo Nacional de Investigación (Canadá)
• Centro de Investigación y desarrollo para la Industria de la Fermentación (Argentina)
• Laboratorio de servicios e investigación medioambiental (Argentina)
• Universidad de Guanajuato (México)
• Universidad de San Luis (Argentina)
• Centro de Energía nuclear de la Universidad de Sao Paulo (Brasil)

“Mi equipo ha estado colaborando con el Dr. Caruso desde 2001, con un énfasis en varios enfoques metalonómicos en una enorme variedad de materiales biológicos”, aseguró Kasia Wrobel, investigadora de la Universidad de Guanajuato. “Formar parte del Centro Metalonómico nos ayudará a ampliar nuestros recursos y conocimiento regionalmente para acelerar el camino del entendimiento y el descubrimiento científico”.

La Universidad de Cincinati ha tenido una larga historia así como una importante reputación a nivel mundial en investigación de metales iniciando en 1930 cuando el laboratorio Kettering (ahora el Departamento de Salud medioambiental) fue establecido para realizar investigaciones en el análisis del plomo. El establecimeinto del Centro Metalonómico de América ha sido liderado por Sandra Degen, vicepresidenta de investigación de la universidad y por el decano del Colegio de Artes y Ciencias McMicken , Karen Gould.

Agilent Technologies provee de análisis químicos vitales y diversas herramientas en ciencias de la vida para investigadores alrededor del mundo.

Agilent Technologies Inc. (NYSE: A) es la principal compañía de medición en el mundo y un líder tecnológico en comunicaciones, electrónica, ciencias de la vida y análisis químicos.

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¿Qué es la fibra de carbón?

La fibra de carbón es un filamento largo y material delgado de 0.0002-0.0004 pulgadas (0.005-0.010 mm) en diámetro y compuesto principalmente de átomos de carbono. Los átomos de carbón se enlazan en cristales microscópicos que están más o menos alineados paralelamente al eje largo de la fibra. La alineación del cristal hace a la fibra increíblemente fuerte para su tamaño. Varias miles de fibras de carbón son retorcidas juntas para formar un hilo, que puede ser usado por si solo o como tejido de una tela. El hilo o tejido es combinado con un epóxido y se adhiere o moldea en forma para formar varios tipos de materiales compuestos. Los materiales compuestos de fibra de carbón reforzada se utilizan para hacer piezas de aviones y de naves espaciales, partes de autos de carreras, armazón para bicicletas, cañas de pescar, resortes automotrices, mástiles de barcos de vela, y muchos otros componentes donde es necesario un material ligero y de alta resistencia.

Las fibras de carbón son clasificadas de acuerdo a los módulos de tensión de las fibras. El modulo de tensión es una medida de cuanta fuerza de tensión de una fibra determinada por su diámetro puede ejercer sin romperse. La unidad de medida inglesa es libras de fuerza por pulgada cuadrada de superficie transversal, o PSI. Las fibras de carbón clasificadas como “modulo bajo” tiene un modulo de tensión de 34.8 millones de PSI (240 millones de kPa). Otras clasificaciones en orden ascendente de los módulos de tensión, incluyen “módulos estándar”, “módulos intermedio”, “módulos altos” y “módulos ultra altos”. Los módulos ultra altos de fibra de carbón tienen un modulo de tensión de 72.5 -145 millones de PSI (500 million-1,000 millones de kPa). Como comparación, el acero tiene un modulo de tensión de cerca de 29 millones de PSI (200 millones de kPa). De este modo, las fibras de carbón son diez veces más fuertes que el acero y ocho veces más que el aluminio, sin mencionar que es la fibra de carbón es mucho más ligero que ambos, 5 y 1.5 veces respectivamente. Adicionalmente, sus propiedades de fatiga son superiores a todas las estructura metálicas, y son uno de los materiales más resistentes a la corrosión disponibles cuando se combinan con las resinas adecuadas.

A continuación se muestran las características de la fibra de carbón, fibra de vidrio, aluminio y acero:

¿Cómo está hecha la fibra de carbón?

La materia prima usada para fabricar la fibra de carbón es llamada precursor. Cerca del 90% de las fibras de carbón producidas son hechas de poliacrilonitrilo (PAN). El 10% restante es hecho de rayón o brea de petróleo. Todos estos materiales son polímeros orgánicos que se caracterizan por cadenas largas de moléculas unidas entre sí por átomos de carbono. La composición exacta de cada precursor variará de una compañía a otra y es generalmente considerado un secreto comercial.

Durante el proceso de manufactura, son usados una variedad de gases y liquidos. Algunos de estos materiales están diseñados para reaccionar con la fibra y conseguir efectos específicos. Otros materiales son diseñados para no reaccionar o para prevenir ciertas reacciones con la fibra. Al igual que con los precursores, la composición exacta de de muchos de estos materiales de proceso son considerados secretos comerciales.

El proceso para hacer las fibras de carbón es parte químico y parte mecánico. El precursor es estirado en largos hilos o fibras y luego se calienta a temperaturas muy altas sin permitir que entre en contacto con el oxígeno. Sin oxígeno, la fibra no se puede quemar. En cambio, la temperatura alta hace que los átomos en la fibra vibren violentamente hasta que la mayoría de los átomos no-carbonos sean expulsados. A este proceso se le denomina carbonización.

La historia de la fibra de carbón

Durante la década de los 70’s, el trabajo experimental para encontrar materias primas alternativas permitió la introducción de las fibras de carbón hechas a partir de la brea de petróleo derivado de su procesamiento. Estas fibras contenían alrededor de 85% de carbono y tenía una excelente resistencia a la flexión. Desafortunadamente, sólo tenían una resistencia limitada a la compresión y no eran ampliamente aceptados.

Actualmente, las fibras de carbón son parte importante de muchos productos, y nuevas aplicaciones son desarrolladas cada año. Los Estados Unidos, Japón y Europa Occidental son los principales productores de fibras de carbón.

A continuación se muestra un gráfico que representa el avance de las fibras de carbón:

El futuro de la fibra de carbón

El futuro de la fibra de carbón es muy brillante, con un gran potencial en diversas industrias. Entre ellas:

Para desarrollar completamente las fibras de carbón en estas y otras industrias, los fabricantes de fibra de carbón necesitan de continuar  aumentando su capacidad y cambiar su modo de pensar comprometiéndose con el concepto de comercialización.

Algunas tendencias de crecimiento a futuro para la industria de la fibra de carbón, se muestran a continuación:

Zoltek de México pertenece al Zoltek Corporation y cuenta con una experiencia de más de 20 años, desarrollando, produciendo y comercializando fibras técnicas. Son productores de fibras oxidadas y de carbón con plantas de producción en Hungría, Estados Unidos y México.

Dentro de su gama de productos se encuentra la fibra de carbón, como la fibra PYRON®:

PYRON®  es una fibra intrínsecamente ignifuga con características únicas:

Usos y aplicaciones de la fibra PYRON®

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El uso de carbón activado en purificadores de tratamiento de agua para embotelladoras y agua potable

Los carbones activados comerciales de diversos orígenes contienen entre un 3 a un 15% de cenizas, generalmente se encuentran en forma de óxidos metálicos. La cantidad exacta se puede determinar por ignición de una muestra de carbón.

Las cenizas están constituidas por elementos no volátiles, como Na, K, Ca, Mg, S, Fe, Si, Al, y P; Estas cenizas son predominantemente alcalinas, que quiere decir que cuando se carga un nuevo lecho de carbón activado granular (CAG), el pH del agua a la salida del purificador puede elevarse considerablemente, un valor típico es un incremento de 7 a 9.

Entre un lote y otro puede existir variación en el porcentaje de cenizas, tal vez el lote que se surtió hace un año no presento incremento y el actual si, esto es por que el carbón activado es un producto natural y existe variación del tipo de cenizas que contenga cada beta de extracción.

Calgon Carbon Corporation es productor y proveedor global de carbón activado y de innovadores sistemas de tratamiento, proporciona tecnología de alto valor agregado y servicios para optimizar los procesos de producción.

El carbón activado de Calgon Carbon Corporation cumple con la norma AWWA que indica que el porcentaje máximo de cenizas para un CAG no debe exceder el 15%, sin embargo, el tipo y la cantidad de cenizas entre cada lote varia notablemente dentro de este porcentaje.

Este incremento se estabiliza con el paso de 300 a 500 volúmenes de cama de carbón activado, es decir si se cargaron tres metros cúbicos de CAG, el volumen máximo a pasar por ese lecho seria de 1,500 metros cúbicos de agua.

Es importante considerar en que parte del tratamiento de agua se colocará un lecho nuevo de CAG que pueda incrementar el pH.

Si es en un proceso intermedio, por ejemplo, antes de resina de intercambio o antes de la osmosis inversa no generara inconvenientes ya que se puede disminuir con los siguientes pasos del proceso.

Pero si es en un purificador de pulimento o al final del tren de tratamiento de agua se tendrán problemas bastantes considerables con el aumento ya que no se podrá disminuir hasta pasar el volumen mencionado o de acuerdo con la experiencia del mercado nacional sería entre seis a ocho días con flujo de operación continuo.

Para evitar este tipo de problemas Calgon Carbon cuenta con la línea de carbones activados con pH estable o carbones activados lavados con ácido como el CPG 12X40. Este carbón activado tiene un proceso adicional que consiste en lavar con ácido a los a carbones después de su activación, con este lavado se extrae hasta un 90% de las cenizas. Generalmente cuando se pone en marcha los lechos de un carbón activado lavado con ácido el comportamiento del pH no presenta variación.

Carbón activado granular lavado con ácido CPG® LF 12X40

El CPG®LF 12x40 es lavado con ácido, producido prácticamente sin finos ni polvo y fabricado de selectos grados de hulla bituminosa combinado con los ligandos adecuados para dar una dureza superior y una larga vida. Fabricado bajo condiciones estrictamente controladas por medio de una activación con vapor a alta temperatura, este carbón provee una alta área superficial, un gran volumen de poro, alta densidad y una estructura de poro óptima para la adsorción de moléculas que ocasionan color y olor de la solución.

CPG®LF 12x40 es un carbón granular activado con un bajo contenido de hierro soluble en ácido que es diseñado para la purificación, decoloración y de-clorinación de agua. Puede ser utilizado de manera eficiente tanto en camas fijas como móviles.

Además Calgon Carbon Corporation cuanta con otros tipos de carbón activados granulares ideales para el tratamiento de agua potable:

Carbón activado granular CENTAUR 12X40

El CENTAUR 12x40 combina una estructura de poros finos para aumentar la absorción de contaminantes encontrados con una alta actividad catalítica para su eliminación. Las diferentes características del producto son: Actividad Catalítica, No impregnado, Capacidad orgánica mejorada, Alta Dureza, Trabaja a niveles bajos de oxidantes, Diseño de equipo sencillo (no bombas o adición de requerimientos químicos), Reduce los requerimientos de carbón, Aumento de rendimiento.

El CENTAUR 12X40 puede ser utilizado en la aplicación de fase liquida para el ascenso de  oxidación, reducción, descomposición, sustitución y eliminación de reacciones. Las aplicaciones específicas incluyen cloraminas, H2S, reducción de bromato y separación de hierro en agua bebible. Este producto es particularmente adecuado para el uso en filtros de agua residencial y comercial, para tratamiento y proceso de agua en embotelladoras e industrias de bebidas, y para tratamiento de agua en acuarios.

Carbón activado granular Filtrasorb 100 y Filtrasorrb 200

Estos carbones activados son fabricados a partir de grados selectos de carbón bituminoso para producir un material granular durable, capaz de soportar la abrasión asociada con los constantes retrolavados, secado y transporte hidráulico. La activación es controlada cuidadosamente para producir un área superficial interna excepcionalmente alta con un tamaño de poro óptimo para la efectiva adsorción de un amplio rango de contaminantes orgánica tanto de alto como bajo peso molecular.

Filtrasorb 100 y 200 pueden ser utilizados para tratar fuentes de agua superficial o de pozo para la producción de agua para consumo humano en la remoción de cloro, de compuestos que originan sabor y olor, y compuestos orgánicos disueltos. Esos carbones pueden ser utilizados para reemplazar completamente el medio de antracita o arena. Los carbones Filtrasorb 100 y 200 funcionan cumpliendo con doble propósito ya que proveen tanto filtración como adsorción.

Carbón activado Filtrasorb 300 y Filtrasorb 400

Estos carbones son fabricados mediante un proceso de reaglomeración utilizando grados selectos de carbón bituminoso para dar un producto durable de alta actividad, capaz de soportar la abrasión asociada con los retrolavados, aireaciones y transporte hidráulico. La activación es controlada cuidadosamente para producir un área superficial interna excepcionalmente alta con un tamaño de poro óptimo para la efectiva adsorción de un amplio rango de contaminantes orgánica tanto de alto como bajo peso molecular.

Los carbones activados Filtrasorb® 300 y 400 pueden utilizarse para tratar aguas superficiales o subterráneas para la producción de agua potable de consumo humano removiendo sabor, olor, color así como la de-clorinación. Estos carbones pueden usarse como un reemplazo completo de antracitas y arenas sílicas. Los carbones activados Filtrasorb® 300 y 400 funcionan como un medio dual, proporcionando tanto filtración como adsorción.

Todos los productos cumplen con todos los requerimientos de la AWWA Standard para carbones activados granulares, edición B604-96; la ANSI/NSFStandard 61 y el Food Chemical Codex, así como las certificaciones Kosher y Halal.

Filtrantes y Refacciones Industriales S. A. de C. V., es representante autorizado de Calgon Carbon Corporation.

Filtrantes y Refacciones Industriales S. A. de C. V., tiene como principal servicio suministrar productos de la más alta calidad con un respaldo técnico especializado a todos los clientes que les da un proveedor confiable con el que podrán contar para cualquier necesidad en el área de filtrado y purificación de agua.

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O bien, haga contacto directo con Filtrantes y Refacciones Industriales para solicitar mayor información sobre sus carbones activados granulares, dando clic en el producto de su interés.