Problema

La aplicación de diversas normativas orientadas a disminuir los niveles de PM10, en Chile principalmente asociados al cambio en la matriz energética del país; cambió los niveles de concentración de algunas especies químicas de interés medio ambiental, presentes en el material particulado respirable de Santiago.

Fundamento conceptual

El material particulado PM10 es uno de los principales contaminantes atmosféricos que afecta a la ciudad de Santiago. Debido a esto se ha implementado un Plan de Prevención y Descontaminación Ambiental (PPDA), cuya misión es implementar una serie de medidas y normativas con el fin de disminuir la contaminación ambiental y proteger la salud de las personas.

El material particulado PM10 se genera a partir de fuentes naturales y antropogénicas; en Santiago este contaminante se relaciona directamente con fuentes tales como: emisión desde tubo de escape de vehículos, industrial y calefacción hogareña, principalmente por leña. Los niveles de PM10 muestran una alta estacionalidad mostrando niveles muy altos en los meses de otoño e invierno que involucra los llamados episodios llamados alertas y preemergencia ambiental atmosférica.

En la ciudad de Santiago, el Ministerio de Medio Ambiente (MMA) ha implementado un sistema de mediciones en línea de PM10, PM2,5 y de otros gases contaminantes normados en diversas comunas de Santiago. Se dispone de información por días, horas y años; sin embargo, a pesar de esta información existen muy pocos estudios acerca de la composición química del PM atmosférico. Entonces determinar niveles de aniones y cationes solubles, metales insolubles, etc., entregará una información importante de las fuentes emisoras y finalmente permitirá evaluar si las medidas y restricciones aplicadas son las correctas.

Objetivos

Objetivo General

Evaluar la taza de aumento o disminución en los niveles de concentración del material particulado PM10 y de algunas especies químicas de interés presentes en ellas. 

Objetivos Específicos

-Comparar las concentraciones de PM10 recolectadas en la estación de la Universidad de Santiago con las concentraciones medidas en la estación meteorológica Parque O’Higgins de la red MACAM.

-Determinar la fracción soluble en agua de los aniones F-, Br-, PO43-, NO2-, Cl-, NO3-, SO42- y del catión NH4+ en el material particulado PM10.

-Determinar la fracción insoluble y soluble de metales de interés ambiental, debido a su relación como marcador de fuente de combustión, presentes en el material particulado PM10.

-Establecer la tendencia de alza o disminución de los niveles de concentración de los elementos químicos estudiados en zona céntrica de Santiago, mediante un análisis de conglomerados y así determinar la principal fuente emisora.

-Determinar el factor de enriquecimiento de algunas especies metálicas de interés ambiental.

Metodología

La toma de muestras de PM10 para el presente estudio se realizó en la estación localizada en el departamento de Física de la Universidad de Santiago, ubicada en la comuna de Estación Central; usando un equipo llamado Impactador Harvard. 

La extracción y análisis de la fracción soluble en agua de los iones F-, Br-, PO43-, NO2-, Cl-, NO3- y SO42- se realizará mediante un cromatógrafo iónico, marca Thermo Scientific Dionex Aquion. Y NH4+ mediante Espectrofotometría UV-Vis. 

La extracción y análisis de la fracción insoluble de ciertos elementos químicos de interés presentes en el material particulado PM10, se realizó usando un equipo de Fluorescencia de RX y el análisis de la fracción soluble se realizará usando un equipo de ICP-OES.

Resultados (preliminares)

-Los resultados obtenidos para el material particulado PM10 durante los meses de abril a junio del año 2022 en la estación USACH, se compararon con los resultados obtenidos en la estación parque O’Higgins de la red MACAM. Las mayores concentraciones de PM10 en la estación USACH y parque O’Higgins se presentaron a partir de mediados del mes de mayo e inicios de junio, coincidiendo que en dicha temporada se decretaron varias preemergencias y emergencias ambientales por altos niveles de material particulado.  

- En la fracción insoluble, los elementos mayoritarios en PM10 fueron aquellos relacionados con la corteza terrestre (polvo en suspensión), seguido de elementos asociados al trabajo vehicular y combustión por leña. 

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El arseniato de cobre cromado es una sustancia aplicada sobre la madera para evitar su descomposición. Sin embargo, esta sustancia libera continuamente hacia suelos y aguas iones cobre, cromo y arsénico. Dentro de los metales pesados, cromo y arsénico son sustancias irritantes de piel, mucosas y carcinogénicas. Si bien cobre es mucho menos tóxico para seres humanos, su exposición también puede causar problemas en la salud humana. En los ecosistemas, estos iones poseen una gran movilidad por su solubilidad en agua, siendo tóxicos para las plantas y la vida acuática. Utilizar materiales adsorbentes y de intercambio iónico es una opción tecnológicamente sencilla y de bajo costo energético para realizar la remoción de iones desde medios acuosos. En la búsqueda de nuevos materiales con esta finalidad, el interés por utilizar lignina ha ido en aumento por ser una sustancia renovable y el segundo biopolímero más abundante del planeta. Este trabajo utiliza lignina extraída desde mazorcas de maíz desgranadas, la que es incorporada sin modificaciones a polímeros funcionales y modificada por sustitución de los grupos hidroxilos presentes a grupos metacrilato, lo que permite su incorporación como copolímero utilizando polimerización vía radicales libres a monómeros que presenten enlaces vinílicos del tipo carboxilato, como el ácido itacónico (AITC), y del tipo amonio cuaternario, como cloruro de 2(acriloiloxi)etil trimetilamonio (Cl-AETA). Los polímeros obtenidos han sido caracterizados y evaluados para la remoción de Cu (II) utilizando materiales AITC/lignina y AITC/lignina metacrilada, Cr (VI) y As (V) utilizando materiales Cl-AETA/lignina y Cl-AETA/lignina metacrilada desde medios acuosos a través de experimentos de sorción en batch.

Resultados: 

Síntesis de lignina metacrilada: Se obtuvo lignina metacrilada con 53%, 59% y 73% de sustitución de grupos hidroxilo.

Síntesis de polímeros: los polímeros AITC/lignina no fueron obtenidos en ninguna proporción de lignina producto del efecto de estabilización de radicales libres de lignina y la deslocalización de carga del enlace vinílico de AITC por desprotonación. Se obtuvo polímeros del tipo AITC/lignina metacrilada a 0.5%, 1.0% y 1.5% en tiempos de reacción 40 – 60 min, estando limitada la cantidad de lignina metacrilada en el material por su solubilidad en agua (alrededor de 4 mg/mL a 60 °C). Se obtuvo polímeros Cl-AETA/lignina con hasta un 5% de contenido de lignina en tiempos de reacción 3 h. Mayor cantidad de lignina no pudo ser incorporada producto del efecto estabilizador de radicales libres de lignina. Se obtuvo polímeros Cl-AETA/lignina metacrilada hasta con un 15% de contenido en lignina metacrilada en tiempos de reacción de 30 – 45 min.

Evaluación de remoción de iones de metales pesados: Se evaluaron los polímeros Cl-AETA/lignina para la remoción de Cr (VI) y As (V). Aumentar el contenido de lignina en los polímeros reduce la capacidad de captura de Cr (VI) y As (V) hasta en un 9% con respecto al polímero sin lignina.

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