Data sources and methods for the analysis of alternative economic activities

Se trata de un proceso aplicado a la purificación, separación y descontaminación de disoluciones. Se basa en reacciones reversibles producidas cuando iones presentes en una disolución se intercambian por otros de igual signo, unidos estos últimos a una partícula sólida inmóvil, también llamada intercambiador. Estos intercambiadores suelen ser resinas, aunque pueden también estar formados por zeolitas, arcilla,...

Las resinas (nos referiremos a partir de ahora así a los intercambiadores dado que en nuestro proyecto han sido los que hemos empleado), pueden ser de dos tipos (figura 17):

 Aniónicas: intercambian iones cargados negativamente.

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 Anfóteras: pueden realizar a la vez el cambio de iones de ambos signos.

Figura 17: Resinas de intercambio catiónico (a) y aniónico (b). En naranja se muestra el ión fijo presente en el intercambiador. FUENTE: http://dardel.info/IX/sitemap.html (20/06/2015).

Hay ciertos parámetros característicos de las resinas, como son la capacidad de intercambio y la selectividad que presentan:

 Capacidad de intercambio: se define así a la cantidad de iones que una resina es capaz de intercambiar en unas condiciones experimentales dadas, y ésta va a depender directamente de la afinidad relativa del ión de intercambio por la resina utilizada. Distintos factores pueden afectar a la capacidad de intercambio, como por ejemplo la concentración y la carga de moléculas contaminantes en la muestra; el pH de la disolución; la temperatura;...

 Selectividad: la selectividad de una determinada resina frente a dos iones en disolución se mide por el coeficiente de selectividad, el cual varía en función de distintos factores, tales como la naturaleza del grupo funcional; la valencia del ión; la polaridad de estos; el tamaño de los contra-iones;...

El modo de operación de las resinas de intercambio iónico consta de varias etapas, en cada una de las cuales se va a modificar el equilibrio iónico de la resina, hasta volver al punto inicial. Estas etapas incluyen un acondicionamiento previo de la resina a

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emplear, con el fin de conferirle una "configuración" determinada para el proceso que se va a llevar a cabo. Estas etapas son las siguientes (figura 18):

I. Empaquetamiento de la resina: consiste en la preparación de la columna mediante la colocación del intercambiador. Este se introduce en la columna previamente lavada con agua destilada para evitar contaminantes, y de manera que no queden bolsas de aire. Tampoco conviene que esté sometido a alta presión, sobre todo en el caso de las resinas, ya que afectará al flujo de la muestra a través de la columna, dificultando sensiblemente el proceso.

II. Acondicionamiento: consiste en cambiar el contra-ión de la resina, poniendo está en contacto con el ión deseado. Este proceso se realiza mediante el paso de una disolución ácida o básica, realizando posteriormente un lavado con agua destilada con el propósito de eliminar el sobrante de la disolución empleada, para que no afecte a los resultados una vez empieza a fluir la muestra problema por la columna.

III. Fase de carga: durante la fase de carga se realizará el intercambio de iones entre la solución y el intercambiador. Los iones de una determinada carga (dependiendo de si el intercambio es de tipo aniónico o catiónico, como previamente se ha explicado), van quedando retenidos en la resina cargada. El proceso de retención se prolonga en el tiempo hasta que la resina se satura. Una vez que esto ocurre, la concentración de iones en la disolución que sale de la columna aumenta, conociéndose este aumento como breakthrough o curva de ruptura. Llegados a este punto, el intercambio deja de ser efectivo, y se habrá alcanzado la saturación del intercambiador.

IV. Fase de elución o etapa de regeneración: una vez que ha pasado toda la solución problema a lo largo de la columna, llega el momento de extraer los iones que han quedado retenidos por la resina para regenerarla. Esta fase se denomina también "fase de recuperación". Consiste en extraer los mencionados iones de manera que la resina quede completamente restaurada y preparada para ser empleada de nuevo. La concentración de iones obtenidos durante la fase de

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elución deberá ser la misma a la que quedó retenida durante la fase de carga, de manera que la cantidad final de dicho analito problema sea la misma al principio que al final del proceso, si bien ésta la obtendremos en un volumen inferior al inicial al haber sido concentrada durante el proceso. Esta elución se lleva a cabo de la misma forma que en la fase de acondicionamiento, con disoluciones ácidas o básicas, según las condiciones de trabajo, aunque normalmente se varía la concentración de éstas, con el fin de favorecer la extracción.

Figura 18: Etapas durante la operación con columnas de intercambio iónico.

En los últimos años, se ha venido estudiando la aplicabilidad del intercambio iónico a procesos de purificación de productos derivados del suero lácteo, concretamente al ácido láctico y al ácido lactobiónico, así como el estudio de distintas resinas y su comportamiento frente a las formas ionizadas de estos ácidos. Como ya hemos mencionado con anterioridad, se trata de dos productos de gran potencial en industrias como la alimentaria, la cosmética, la química o la biosanitaria, por lo que dicha purificación representaría un gran avance de cara a su implementación en procesos de producción.

Hasta el momento, la mayoría de estudios abordan el proceso centrándose mayoritariamente en el ácido láctico, quedando el ácido lactobiónico en un segundo plano en estos trabajos. La fuente de ácidos difiere de unos estudios a otros, si bien el objetivo es similar.

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Algunas de las primeras resinas estudiadas para la purificación de ácido láctico fueron las Amberlite IRA (900, 400, 96 y 67). La fuente de ácido láctico que se empleó en estos estudios fue madera pretratada (Moldes et al., 2001). Este estudio determinó que las mejores resinas entre las mencionadas, aplicadas a la recuperación de ácido láctico eran la IRA-900 y la IRA-400. En ambos casos se estudió su capacidad, el consumo necesario para su regeneración después del uso, el porcentaje de recuperación de ácido láctico y en qué medida variaba la concentración del producto, estudiando el proceso tras 4 secuencias de carga-descarga de la columna. Se observó también que la capacidad de las resinas se mantenía inalterada tras practicar varios ciclos de carga y descarga sobre ellas, de manera que el proceso no se veía afectado con el paso del tiempo y el desgaste de la resina era mínimo.

Ese mismo año, se estudió también el pH óptimo al cual la resina IRA-400 presentaba su máxima capacidad de adsorción para el ácido láctico (Cao et al., 2001). Para ello se estudió su funcionamiento trabajando a pHs superiores e inferiores al pKa

del ácido. Se llegó a la conclusión de que la capacidad de adsorción a pH-5 era mucho mayor que a pH-2. Además establecieron que a ese pH-5 el H2SO4 actuaba como

eluyente con alto porcentaje de recuperación a una concentración 1.0 M

Ya en el año 2006, Riera et al. desarrollaron un nuevo procedimiento para la purificación del ácido láctico, basado en dos etapas: una primera etapa de retención catiónica para la cual se empleó la resina Lewatit S2568H, y una segunda etapa aniónica, donde la resina empleada fue la Lewatit S3428, que retenía los aniones presentes en la muestra, generando una solución acuosa de ácido láctico. La pureza final del láctico obtenido por este método superaba el 99%.

Otro estudio llevado a cabo en el año 2008 de nuevo empleando la resina Amberlite IRA-400 estableció un nuevo pH óptimo de retención del ácido láctico, situándolo en 6.1 (Ataei et al., 2008)

Por último, en el año 2012 se realizó un nuevo estudio para la purificación de ácido láctico mediante la resina IRA-400 e IR-120. En él, se evaluó la respuesta de la resina IRA-400 activada con HCl, H2O y H2SO4. La activación mediante HCl se

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evaluó a pH-5, mientras que cuando la activación era por H2O, los pH de evaluación fueron 3.5 y 6.3. Como resultado se obtuvieron porcentajes de recuperación de entre el 73 y el 77% (Quintero et al., 2012).

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