Caracterización fisicoquímica y ecotoxicológica de disolventes procedentes de la biomasa

Résumé

A lo largo de la historia, la Química ha mejorado la calidad de vida gracias al desarrollo de nuevos productos farmacéuticos, químicos o materiales utilizados en varios procesos de fabricación. Sin embargo, en muchas ocasiones ha estado asociada a la producción de productos que puedan presentar impactos ambientales o humanos. Es por esto que químicos e ingenieros están intentando desarrollar productos y procesos menos peligrosos y más respetuosos con el medio ambiente. La química verde es una filosofía que tiene como objetivo diseñar productos químicos y procesos que reduzcan o eliminen el uso y generación de sustancias peligrosas. A menudo, todo esto está referido a la prevención de la contaminación a nivel molecular y se basa en doce principios: 1) Prevenir los residuos, 2) Maximizar la economía atómica, 3) Diseñar rutas sintéticas menos dañinas, 4) diseñar productos químicos seguros, 5) Utilizar disolventes seguros, 6) Aumentar la eficiencia energética, 7) Utilizar materiales renovables, 8) Evitar los compuestos derivados, 9) Utilizar catalizadores, 10) Diseñar compuestos degradables, 11) Analizar el tiempo real la contaminación y 12) Minimizar los posibles accidentes. Algunos de estos principios están relacionados con los disolventes no sólo, porque son importantes componentes en las reacciones químicas sino también, porque se utilizan para la limpieza de los equipos, regulación de temperaturas, aislamiento y purificación de compuestos, etc. Sin embargo, algunos de estos disolventes podrían considerarse como tóxicos y peligrosos. Por ello, hoy en día se están realizando esfuerzos para poder encontrar disolventes que sean clasificados como verdes para minimizar el impacto ambiental derivado de la utilización de estos compuestos. Algunas de las familias que podrían clasificarse como disolventes verdes son: agua, disolventes fluorados, disolventes supercríticos, líquidos iónicos y disolventes de la biomasa. La presente tesis doctoral, se ha centrado la caracterización fisicoquímica y ecotoxicológica de diecisiete compuestos procedentes de la biomasa. La elección de los compuestos de la biomasa se debe fundamentalmente a dos motivos. El primero de ellos, debido al auge y al incremento del número de artículos y revistas relacionadas con los disolventes de la biomasa; y el segundo a que una revisión bibliográfica previa muestra que los disolventes fluorados o los líquidos iónicos no son tan inocuos para el medio ambiente y para la salud como parecen tal como se ha comentado, el agua es difícil de eliminar en muchos procesos químicos suponiendo un elevado coste energético y los disolventes supercríticos son complicados de utilizar y requieren instalaciones complejas. Sin embargo, los disolventes procedentes de la biomasa parece, a priori, que pueden tener mejores características ambientales. Como se desprende de lo expuesto, para poder utilizar estos compuestos en cualquier proceso químico, es necesario disponer de la máxima información posible de un disolvente, previo a su uso en cualquier aplicación química; y resulta esencial conocer no sólo sus propiedades fisicoquímicas en una amplio rango de condiciones experimentales sino también, su comportamiento molecular a la hora de interaccionar con otras moléculas que puedan estar presentes en el medio. Propiedades tales como: constante dieléctrica, polarizabilidad, solubilidad; propiedades de transporte como viscosidad o difusión; comportamiento térmico; comportamiento volumétrico, superficial, o crítico de los disolventes, tanto en estado puro como formando mezclas bien con otros disolventes o con solutos presentes en el medio de reacción, son fundamentales. Para conocer el impacto ambiental y el riesgo ambiental de las sustancias, se hace necesario llevar a cabo diferentes bioensayos que permitan conocer la toxicidad de los compuestos químicos en distintos ecosistemas del medio ambiente. Por ello, en este trabajo se ha realizado también una caracterización de los compuestos seleccionados. Además, haciendo uso combinado de parámetros de toxicidad y de indicadores tales como el ratio PEC/PNEC (Predicted Environmental Concentration/ Predicted No Effect Concentration) se ha realizado una evaluación de riesgo ambiental, muy importante desde el punto de vista legislativo. Aplicando esta metodología, se han podido obtener los valores umbrales de concentraciones permitidas de estos compuestos en el medio ambiente, información que resulta de gran utilidad tanto para iniciativas privadas como públicas. Los resultados obtenidos en esta tesis suponen, en sí mismos, información necesaria para la toma de decisiones a la hora de utilizar estos compuestos e introducirlos en el mercado masivamente. Adicionalmente, la información obtenida servirá para diseñar los posibles procesos de depuración y eliminación en función de la toxicidad presentada en los diversos bioindicadores.