Se propone un material híbrido de carbón activado y MOFs para adsorber trimetilamina (TMA) emitida por la industria pesquera, logrando remoción total en fase acuosa.
Se busca optimizar su superficie y selectividad para su aplicación efectiva en condiciones reales, contribuyendo a mitigar el impacto ambiental y mejorar la calidad de vida de comunidades cercanas.
P. Méndez, R. Ahumada, V. Novoa & G. Salazar
Universidad del Bio-Bío, Avenida Collao 1201, Concepción, Chile.
* pamendez@ubiobio.cl
Conflictos de interés: El autor declara que no existe conflicto de intereses.
Editor académico: Carlos N Díaz.
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Citación: P. Méndez, R. Ahumada, V. Novoa & G. Salazar, 2025, Estudio De La Capacidad De Eliminación De Trimetilamina Utilizando Carbón Activado De Origen Mineral (Curanilahue, Provincia De Arauco) Y Futuras Proyecciones, Congreso OLORES25, Santiago, Chile, www.olores.org.
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ISBN: pendiente
Palabras clave: Emisiones gaseosas, malos olores, pesqueras, adsorción, nanomateriales.
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Resumen
La gestión de olores en la industria pesquera presenta desafíos complejos, especialmente debido a la emisión de compuestos malolientes como la trimetilamina (TMA) y el ácido sulfhídrico, que afectan tanto la calidad de vida de las comunidades cercanas como el medio ambiente. A pesar de los avances en diversas tecnologías para mitigar estos olores, muchas no logran eliminar completamente los compuestos odoríferos, que persisten incluso en concentraciones traza.
La presente investigación propone una solución mediante la producción de carbón activado a partir de carbón mineral de Curanilahue, mejorado con nanomateriales adsorbentes (MOFs) que poseen alta superficie específica y selectividad para la TMA. Este material híbrido tiene el potencial de aumentar la adsorción de TMA en las emisiones de las plantas pesqueras.
Se utilizó cromatografía líquida de alta resolución con detección por fluorescencia (RP-HPLC-FL) para determinar el porcentaje de adsorción de TMA, obteniendo una remoción del 100% en fase acuosa (4 ppm) al utilizar carbón activado mineral puro con una superficie específica de 434 m²/g. La acidez del carbón activado favorece esta adsorción, principalmente debido a las cargas negativas en su superficie, atribuibles a grupos oxigenados como carboxílicos y fenólicos.
Actualmente, se están realizando estudios para aumentar tanto la superficie específica como la selectividad hacia la TMA, desarrollando un material híbrido que combina carbón activado y MOFs. Este material será evaluado en condiciones reales, tanto en emisiones acuosas como gaseosas.
1. Introducción
La problemática de los malos olores en la industria pesquera representa un desafío ambiental y social significativo, especialmente debido a la emisión de compuestos como la trimetilamina (TMA) y el ácido sulfhídrico. Estas emisiones afectan la calidad de vida de las comunidades cercanas y constituyen un problema relevante de contaminación. A pesar de la implementación de diversas tecnologías para mitigar estos olores, muchas no han logrado eliminar completamente los compuestos odoríferos (InduAmbiente, 2021).
La TMA es un contaminante volátil que genera fuertes olores y efectos adversos en la salud humana, incluyendo irritación en las vías respiratorias (DLEP 142 Trimetilamina, 2022). Además, se ha identificado su papel en la formación de aerosoles secundarios en la atmósfera, contribuyendo a la materia orgánica transportada por el aire incluso en concentraciones bajas (Liu L et al, 2024). Diversos estudios han abordado las fuentes de contaminación por TMA y las tecnologías para su mitigación en entornos acuáticos e industriales, resaltando la necesidad de implementar estrategias efectivas para reducir su impacto ambiental y proteger la salud pública (Dongzi Li et al, 2025; Ishan R et al, 2019; Ishan R et al, 2019; Ishan R et al, 2020; Nuttapong S, 2019; Oyarzun P et al, 2019; Phattara B et al,2015; Vipin A et al, 2021; Zaishan W et al, 2015).
En Chile, las plantas pesqueras utilizan siete de las diez mejores tecnologías disponibles a nivel mundial para el control de olores, incluyendo scrubbers químicos y biológicos, biofiltros y oxidación térmica regenerativa. Sin embargo, no se emplean filtros de carbón activado ni oxidación térmica, lo que limita su eficacia en la eliminación total de TMA, que solo alcanza remociones del 90-95%. Esto subraya la necesidad de un manejo adecuado y una regulación más estricta para abordar este problema persistente.
El presente estudio tiene como objetivo evaluar la eficacia del carbón activado derivado del carbón mineral de Curanilahue y un material híbrido que combina carbón activado con marcos orgánicos metálicos (MOFs) en la eliminación de trimetilamina (TMA). Este enfoque se distingue de las tecnologías existentes al no pretender sustituirlas, sino complementarlas, abordando así el 5-10% de los compuestos odoríferos que persisten sin ser eliminados, especialmente la TMA, responsable de olores molestos a concentraciones traza. Se reportan resultados preliminares sobre la capacidad de adsorción de TMA en carbón activado puro, mientras que el análisis del material híbrido está en curso. Esta investigación podría ofrecer una solución efectiva para mitigar los problemas de contaminación odorífera en diversas industrias.
2. Metodología
2.1. Reactivos e Instrumentación
Se utilizó carbón mineral de Curanilahue, Chile, junto con carbón activado comercial (CAC) para el estudio de la trimetilamina (TMA). La TMA fue preparada en una solución al 25% en agua y se utilizaron reactivos como FMOC y ácido bórico. Las soluciones se filtraron utilizando agua miliQ y filtros de membrana.
El carbón activado se preparó en un horno horizontal Thermolyne, equipado con una termocupla tipo K y una atmósfera controlada por gas. Para la determinación de TMA, se utilizó un sistema HPLC Merck Hitachi con automuestreador y detector de fluorescencia (Merck). Se empleó una columna analítica con una precolumna en línea El análisis de los datos se llevó a cabo utilizando un software gráfico interactivo versión 6.20 de Varian Inc. (Palo Alto, CA, EE. UU.)
2.2. Preparación del carbón actibo
El carbón activado fue preparado a través de un método de activación física. El proceso comenzó con la oxidación del carbón mineral (MCH) en un horno con convección de aire a 185 °C durante 48 horas. Posteriormente, el MCH fue sometido a un tratamiento térmico a 950 °C durante 180 minutos en una atmósfera inerte de CO2, manteniendo un flujo de 100 mL/min en un horno horizontal Thermolyne. Después del tratamiento, el carbón activado (CAMCH) se enfrió a temperatura ambiente. La caracterización del CAMCH se realizó mediante análisis proximal y elemental, espectroscopia FTIR, microscopía electrónica de barrido (SEM), titulación de Boehm e índice de yodo, lo que permitió evaluar sus propiedades físicas y químicas.
2.3. Derivatización de FMOC-TMA y condiciones cromatográficas
La derivatización se realizó utilizando FMOC-Cl a 1,0 mmol/L con tampón borato a pH 9. Se tomó 1 mL de muestra (TMA 10 mg/mL) y se dejó reaccionar durante 24 horas a temperatura ambiente en oscuridad. El producto, TMA-FMOC, se inyectó en el sistema RP-HPLC-FL en las condiciones cromatográficas: tampón fosfato: acetonitrilo (70:30), 1.2 mL/min., detección λEx/Em = 263/313 nm.
2.4. Efecto del tiempo de exposición en la adsorción de TMA
Se estudió la capacidad de adsorción de TMA por CA-MCH. Se agitó el carbón activado con 100 mL de TMA a una concentración de 4 mg/L a temperatura ambiente. A intervalos predeterminados, se tomaron alícuotas (1,0 mL) y se filtraron utilizando un filtro de 0,45 μm. Luego, la derivación de TMA seguida de detección cromatográfica.
3. Resultados y discusión
La siguiente tabla muestra los resultados obtenidos para el análisis elemental y próximo de la muestra de carbón mineral y activado evaluados. El análisis elemental y próximo revela un aumento significativo en la materia volátil y una reducción en el contenido de cenizas en el carbón activado, lo que sugiere una mejora en las propiedades adsorbentes.
Tabla 1. Análisis Próximo y elemental de carbón manto chico de Mina Mantos Negros, Lebu
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Análisis Próximo (% base seca) |
Análisis elemental (%base seca) |
||||||||
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|
Humedad (%) |
Cenizas |
Materia Volátil |
Carbono Fijo |
C |
H |
N |
O |
S |
|
MCH |
2,93 |
2,19 |
39,77 |
58,04 |
75,37 |
5,32 |
1,96 |
14,22 |
0,95 |
|
CAMCH |
1,67 |
0,17 |
63,75 |
48,13 |
85,47 |
2,14 |
0,67 |
28,26 |
0,05 |
Las micrografías de SEM indican un incremento notable en la porosidad del CAMCH, lo que contribuye a su capacidad de adsorción. Además, el espectro FT-IR confirma la presencia de grupos funcionales oxigenados, que son esenciales para mejorar la interacción del carbón activado con compuestos contaminantes (Figura 1).
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a) |
b) |
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c) |
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| Fig. 1. Micrografías SEM a) CAMCH Chico b) Carbón Mineral y c) Espectro FT-IR | |
El índice de yodo, que aumentó considerablemente en el CAMCH, refuerza la idea de que este material tiene una superficie específica mucho mayor que el carbón mineral original,el carbón mineral con un valor de 2,5±0,6 mgI2/g carbón y el CAMCH obtenido con una 434±13 mgI2/g. En la tabla 2 se presentan los resultados obtenidos con las titulaciones ácido-base para los CAMCH y CAC.
Tabla 2. Resultados de titulaciones ácido-base según método propuesto por Boehm
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Carbón |
Concentración grupos superficiales (µeq/g Carbón) |
||||
|
Carboxílicos |
Lactonas |
Fenólicos |
Carbonilos |
Básicos |
|
|
CMCH |
356 |
343 |
576 |
1974 |
45 |
|
CAC |
65 |
0 |
182 |
2126 |
175 |
La modificación del carbón activado mediante tratamientos oxidativos incrementa la presencia de grupos funcionales oxigenados, como carbonilos y lactonas, lo que resulta en un aumento del carácter ácido del material. A pesar de la identificación de grupos básicos, su concentración es significativamente menor, lo que refleja el carácter anfótero del carbón activado. Los análisis del pH en el punto de carga cero (pHpzc) revelan valores inferiores a 7, indicando un predominio de funciones oxidadas tras los tratamientos oxidativos. Estos cambios no solo mejoran la capacidad de adsorción del carbón activado, sino que también afectan su interacción con compuestos en soluciones acuosas.
Adicionalmente, las curvas de adsorción de trimetilamina evidencian una eficacia del 100% en la remoción del compuesto tanto en condiciones de carbón activado mineral húmedo como convencional. Estos resultados subrayan la importancia de la modificación química del carbón activado para optimizar su rendimiento en aplicaciones ambientales y de tratamiento de efluentes (figura 2).
 a) |
 b) |
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Fig. 2. a) Gráfico del estudio de variación del tiempo y su efecto en la retención de TMA en CAMCH y CAC y b) Gráfico del estudio de variación del pH y su efecto en la retención de TMA en CAMC. |
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La eficiencia de adsorción de trimetilamina (TMA) está influenciada por el pH de la solución. A un pH de 2, la adsorción es baja debido a que la TMA presenta una protonación limitada, dado su carácter básico. Sin embargo, al incrementar el pH, se logra una remoción del 100% de TMA en muestras de carbón activado (CAMCH). En condiciones alcalinas, la TMA se protona adecuadamente, facilitando la donación del par electrónico no compartido del nitrógeno a los átomos de oxígeno en la superficie del carbón activado térmicamente modificado. Asimismo, las variaciones en el pH generan diferentes especies iónicas y alteran las cargas superficiales del carbón activado, lo que puede afectar su capacidad de adsorción.
4. Conclusiones
En conclusión, la modificación química del carbón activado no solo optimiza su rendimiento en aplicaciones ambientales, sino que también proporciona una solución efectiva para mitigar los problemas de contaminación odorífera en la industria pesquera y otros sectores industriales. Estos hallazgos sugieren que el uso de CAMCH podría ser una estrategia viable para abordar la eliminación de compuestos malolientes en efluentes industriales. Las proyecciones futuras en el estudio de la modificación del carbón activado, específicamente mediante la incorporación de marcos orgánicos metálicos (MOFs), son prometedoras y pueden transformar las estrategias de mitigación de la contaminación odorífera en diversas industrias. La combinación de carbón activado y MOFs no solo optimiza la capacidad de adsorción de compuestos malolientes como la trimetilamina (TMA), sino que también permite el diseño de materiales híbridos con propiedades específicas adaptadas a diferentes contaminantes. Además, se anticipa que estos materiales híbridos serán evaluados en condiciones reales, tanto en emisiones acuosas como gaseosas, lo que permitirá validar su rendimiento en entornos industriales. La investigación continua en este campo también podría conducir al desarrollo de nuevos métodos de síntesis que optimicen aún más las propiedades del material, aumentando su capacidad de adsorción y selectividad.
5. Referencias
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Dongzi Li, Lifen Liu, Lin Xu (2025) A sprinkler- water cycle PEC-MFC system with bimetallic monatomic Co-Fe/g-C3N4/ACF cathode achieves efficient removal of gas trimethylamine, Separation and Purification Technology. 354,129041.
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Oyarzun P., Alarcón L., Calabriano G., Bejarano J, Nuñez D., Ruiz-Tagle N., Urrutia H. (2019) Trickling filter technology for biotreatment of nitrogenous compounds emitted in exhaust gases from fishmeal plants. Journal of Environmental Management. 232, 165-170.
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