Los usos potenciales de la zeolita

Por Amelia Gutiérrez Solís

Colima, Colima. 9 de diciembre de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- Estudiantes de la carrera de ingeniería química metalúrgica, de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad de Colima (Ucol), participaron recientemente en la Feria Nacional de Ciencias e Ingenierías 2016 (Fenaci), que auspicia el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), con el proyecto de investigación Eliminación de fluoruros a través de zeolita ANA. 

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, el doctor en ciencias químicas Kayim Pineda Urbina, especialista en química teórica, señaló que en esta primera fase realizaron cálculos computacionales, lo que es una aproximación a la aplicación real del proyecto.

Química teórica

Dr. Kayim Pineda Urbina.“La química teórica se utiliza como una herramienta para ahorrarnos tiempo y recursos en la aplicación experimental; siempre está fundamentado el planteamiento experimental en una teoría, pero la utilización de la química teórica es con cálculos computacionales que nos dan las primeras aproximaciones o resultados para sustentar la viabilidad experimental del proyecto”, explicó.

Pineda Urbina detalló que la síntesis planteada en la investigación es la interacción de iones contaminantes en aguas para que queden atrapados dentro del material poroso que es la zeolita ANA.

“Tenemos una zeolita que es un tipo de material poroso, que tiene cavidades con cierta estructura ya predeterminada según el código asignado por la Comisión de Estructuras de la Asociación Internacional de Zeolitas (IZA, por sus siglas en inglés). El código ANA es una estructura de interés para los ingenieros químicos metalúrgicos en formación debido a que es un mineral llamado analcima, que ocurre naturalmente, así como mejoras en su síntesis en años recientes”, señaló.

El propósito es usar este material sólido como filtro en desechos de agua que puedan contener fluoruros y también se contempla en otra etapa para probar con otros contaminantes de otros medios, como dióxido de carbono (CO₂), ya que existen antecedentes de otros tipos de zeolitas que sirven para atrapar gases.

En el proyecto dijo que plantean desde el punto de vista teórico-computacional si es viable la interacción de este ion, es decir, si el contaminante en el flujo del agua se contiene en este medio poroso o lo traspasa, lo que se deducirá por la fuerza de interacción que existe entre el sistema sólido y el ion.

Estudian interacción de iones contaminantes

Mencionó que el proyecto, que inició en agosto de este año, está en la fase de sustento teórico y que hasta la fecha tienen ya resultados de cálculos semiempíricos, mecánica clásica, que estudia el movimiento de partículas y sólidos en un espacio euclídeo tridimensional, en lugar de mecánica cuántica. En estos, se observa que sí hay una interacción de los iones contaminantes con el material poroso, por lo que están interesados en aumentar el nivel de teoría en cálculos posteriores.

“Ya sabemos que vale la pena invertir el tiempo en un cálculo de mecánica cuántica, ya que el tiempo de procesamiento de estos cálculos aumenta exponencialmente con la cantidad de electrones que haya y dado que la zeolita es un material con una celda unitaria muy voluminosa, de más de mil 500 electrones, es un cálculo que requiere varias semanas en la computadora para encontrar resultados de mayor confiabilidad”, especificó.

En el estudio realizaron un análisis de descomposición de la energía por medio de la computadora, en la que forzaron la interacción, ya que colocaron la zeolita ANA e incrustaron en su interior un ion de flúor (F) para realizar el cálculo de su energía total y por separado, el cálculo de energía del ion de flúor y del material y después llevaron a cabo una comparación entre la energía del sistema interaccionando y la energía de los componentes por separado.

“La diferencia entre esos dos cálculos del sistema es la energía de interacción y entre más grande sea, más fuerte será la atracción de los componentes del sistema. De esta forma, a mayor energía, una vez que entre el fluoruro será difícil que emerja del material”, indicó.

Mientras que el estudiante de ingeniería química metalúrgica Luis Diego Solís Salazar comentó que en estados mineros o del norte del país identificaron que se presentaban problemas con altas concentraciones de flúor en los depósitos subterráneos, por lo que decidieron desarrollar este proyecto.

“La zeolita ANA tiene la propiedad de absorber o atrapar contaminantes y utilizamos este material de origen volcánico porque se tienen reportados muy pocos usos”, resaltó.

Además, dijo que utilizaron el software Gaussian 09, en donde modelaron las dos moléculas, la de zeolita ANA como sistema unitario y la de flúor y, posteriormente, reunieron las dos para determinar la energía, lo que es un indicador de la energía de disociación o de atracción electrostática.

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