Introducción
⌅La tecnología está en constante evolución y cambio para satisfacer las necesidades de la humanidad, y una de esas necesidades es el agua limpia. La industria del tratamiento del agua siempre está investigando, probando y desarrollando formas nuevas y mejoradas de tratar las aguas residuales y el agua potable de manera eficiente y respetuosa con el medio ambiente. Los medios de filtración de agua usando la zeolita como medio filtrante son una solución de tratamiento natural y sostenible para el tratamiento de agua potable, aguas grises y aguas residuales.
Son muy importantes los análisis de Wang con respecto al uso de zeolitas naturales en tratamientos de aguas y residuales industriales. “Las zeolitas naturales son abundantes y de bajo costo, son aluminosilicatos hidratados cristalinos con una estructura de marco que contiene poros ocupados por agua, alcalinos y cationes alcalinotérreos. Debido a su alta capacidad de intercambio de cationes, así como a las propiedades de tamices moleculares, las zeolitas naturales han sido ampliamente utilizadas como adsorbentes en procesos de separación y de purificación en las últimas décadas” (Wang et al., 2010Wang, S., & Peng, Y. 2010. Natural zeolites as effective adsorbents in water and wastewater treatment. Chemical Engineering Journal, 156(1), 11–24. doi: http://doi.org/10.1016/j.cej.2009.10.029).
Las afirmaciones de Wang, en cuanto a la eliminación de amonio y metales pesados mediante zeolitas naturales son reveladoras. “La aplicación de zeolitas naturales en el tratamiento de aguas residuales se ha realizado y sigue siendo una técnica prometedora en los procesos de limpieza y descontaminación del medio ambiente. En las últimas décadas, el uso de zeolitas naturales se ha centrado en la eliminación de amonio y metales pesados debido a la naturaleza del intercambio de iones. Aparte de la presencia de cationes en agua, aniones y compuestos orgánicos son ampliamente presentados en las aguas residuales. En los últimos años, la zeolita natural y sus formas modificadas también se han reportado para la remoción de aniones orgánicos y de los sistemas de agua” (Wang et al., 2010Wang, S., & Peng, Y. 2010. Natural zeolites as effective adsorbents in water and wastewater treatment. Chemical Engineering Journal, 156(1), 11–24. doi: http://doi.org/10.1016/j.cej.2009.10.029).
En la actualidad, la actividad industrial está causando un aumento en la concentración de metales pesados en aguas. Entre los metales pesados más comunes se encuentran, plomo, cobalto, hierro, níquel, zinc, mercurio, cadmio, etc. Algunos de estos metales son esenciales para la vida, como es el caso del cobalto, manganeso, cobre, hierro, fósforo, sin embargo, niveles excesivos de estos metales son perjudiciales para el organismo.
El objetivo de este trabajo es presentar un paquete informativo llamado “Alternativas científico-tecnológicas para el tratamiento de aguas y residuales industriales utilizando zeolitas naturales-modificadas”, que permita a los directivos, investigadores y/o decisores, obtener un conocimiento actualizado de tendencias tecnológicas y científicas, conocer líderes tecnológicos (países, entidades y autores), para la toma de decisiones puntuales y medulares en su empresa.
Materiales y métodos
⌅Se utilizaron las bases Science Direct, Google Académico y Dimensions, en el horizonte temporal 2010-2020, con las estrategias de búsquedas correspondientes Los registros fueron exportados al gestor bibliográfico EndNote (Versión X7), en la que se normalizó los datos y se eliminaron registros duplicados. Los registros fueron exportados al software Bibexcel para calcular la frecuencia en los campos autores, año y revista, se realizó el análisis de citas de los autores y revistas, se utilizaron técnicas de minería de textos con el software Vosviewer (Versión 1.6.6), para calcular la frecuencia y coocurrencia de las palabras más usadas y coincidentes semánticamente en título y resumen .Con todo esto, se identificaron las revistas más productivas, la tendencia de publicación por años, los autores líderes con sus índices de citación y las áreas temáticas de los artículos científicos.
En el estudio de patentometría se usaron las bases Google Patents, Espacenet, Patent Inspirations y Patentscope, con la estrategia de búsqueda ("natural zeolite" OR "modified zeolite") AND ("water treatment" OR "sewage treatment" OR "industrial wastewater treatment" AND C02F*) en el período 2010-2020. Todos los registros recuperados de las distintas bases fueron copiados a un fichero integrador. Mediante el software Open Refine fueron homogenizados los campos de inventores y de asignación y se eliminaron registros duplicados. Se identificaron las publicaciones de patentes más destacadas en el tratamiento de aguas y residuales industriales utilizando zeolita natural y modificada, así como una descripción bien detallada de las mismas.
Resultados y discusión
⌅A partir del levantamiento y análisis de información, el resultado arrojó un total de 105 documentos, en el rango de estudio 2010-2020 (23 patentes aceptadas, 15 modelos de utilidad, 67 solicitudes de patentes).
Se percibe un ligero aumento a partir del 2015 hasta el 2019, en la intención de solicitudes de patentes relacionadas específicamente con el tratamiento de aguas y residuales industriales utilizando zeolitas naturales y modificadas. En el 2020 la pandemia de COVID-19 freno un tanto las investigaciones. Por otra parte, en el análisis de complemento de artículos científicos se detecta un crecimiento notable y sólido en el período 2010-2020, lo que proyecta un alza en las solicitudes de patentes de los próximos años, por variables cómo la previsión de crecimiento del mercado mundial de agua y aguas residuales en un TCAC (tasa de crecimiento anual compuesta) de 7.3% en el rango 2020-2028, el alto interés de China en este sector y el aumento de residuales industriales de manera global.
Es altamente revelador que en el rango de estudio analizado (2010-2020), con excepción de 4 solicitudes de patentes, las 101 publicaciones siguientes pertenecen solo a un país, China. El dominio prácticamente absoluto con un 96% no deja margen alguno de quien moverá los hilos tecnológicos en este campo de estudio. Hay que aclarar que existe una tendencia en este tipo de investigación al secreto industrial por parte de un grupo considerable de empresas muy importantes en este sector, no obstante, el dominio chino es innegable.
Las universidades de Nanjing y Qingdao, son instituciones de las más antiguas y prestigiosas de educación superior en China. Poseen un grupo elevado de proyectos e investigaciones de alta calidad, además son las únicas con 2 patentes en el período 2010-2020, siendo las entidades líderes a seguir. El resto de las 19 entidades tienen una sola patente. Por otra parte, analizando los investigadores, el conocimiento está muy fragmentado con 16 autores que tienen 2 patentes.
De acuerdo al clasificador internacional de patentes (CIP)
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C02F1 / 00 (31%) Tratamiento de agua
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C02F101 / 00 (17%) Naturaleza del contaminante
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B01J20 / 00 (16%) Composiciones absorbentes sólidas o composiciones coadyuvantes de filtración
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C02F9 / 00 (12%) Tratamiento multipaso del agua
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C02F3 / 00 (7%) Tratamiento biológico del agua
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C02F103 / 00 (6%) Naturaleza del agua
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C02F11 / 00 (2%) Tratamiento de lodos
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B01J29 / 00 (1%) Catalizadores que comprenden tamices moleculares
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B01D67 / 00 (1%) Procesos especialmente adaptados para la fabricación de membranas semipermeables para procesos o aparatos de separación
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B01D69 / 00 (1%) Membranas semipermeables para procesos de separación o aparatos caracterizados por su forma
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B01D71 / 00 (1%) Membranas semipermeables para procesos de separación o aparatos caracterizados por el material
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Otros (5%) Otros
En la tabla que a continuación se presentas se observan las patentes más citadas en el periodo estudiado.
| Nombre de la patente | Número de Patente | Prior. | Aplicante | Cita |
|---|---|---|---|---|
| Método de modificación de zeolita y aplicación del mismo para eliminar arsénico en agua | CN101920190B | 2010 | UNIV HUAZHONG AGRICULTURAL [CN] | 4 |
| Un método para la eliminación de productos químicos orgánicos y complejos organo-metálicos del agua de proceso u otras corrientes de una planta de procesamiento de minerales que utiliza zeolita | US8920655B2 | 2010 | VALE S.A [BR] | 3 |
| Agente de tratamiento de agua compuesto, así como método de preparación y aplicación del mismo | CN103055804B | 2013 | UNIV HOHAI [CN] | 2 |
| Método de preparación de zeolita modificada con nano-hierro | CN103464094B | 2013 | UNIV TONGJI [CN] | 1 |
| Material compuesto de zeolita modificada con iones inorgánicos y aplicación del mismo | CN104941574B | 2015 | UNIV NANJING [CN] | 1 |
| Agente compuesto de materia orgánica de zeolita modificada para la eliminación sincrónica de nitrógeno y fósforo de aguas residuales, método de preparación, método de aplicación del agente compuesto de materia orgánica de zeolita modificada | CN104971699B | 2015 | UNIV NANJING [CN] | 1 |
| Zeolita modificada con nano ferro-manganeso para eliminar BrO3 y ClO4, así como para la preparación y aplicación de zeolita modificada con nano ferro-manganeso | CN105148885B | 2015 | UNIV JINAN [CN] | 0 |
| Adsorbente de zeolita modificada para eliminar nitrógeno amoniacal y fosfato en agua, método de preparación y regeneración del mismo | CN105381782B | 2015 | UNIV FUDAN [CN] | 0 |
Autores más destacados y revistas de alto impacto
⌅En el análisis de autores más productivos en artículos científicos, se muestra la presencia de 3 científicos chilenos y 2 griegos. Hossein Kazemian es el autor más productivo con mejor relación publicación-citación. También de este grupo, destacan los científicos Simos P. Malamis y Evina Katsou con destacados niveles de citación en 6 publicaciones, no obstante, se recomienda seguir los trabajos de todos los autores que se muestran a continuación. Esta selección ha contribuido en los avances científicos de los últimos 10 años y son altamente seguidos y citados por la comunidad científica en revistas de alto impacto. Es de destacar que en los últimos años se ha notado un incremento de estudios de Chile, siendo el país con más publicaciones de calidad en el tema en cuestión.
| AUTORES | PUBLICACIONES | CITACIONES | MEDIA |
|---|---|---|---|
| Hossein Kazemian University of Northern British Columbia, Canada | 11 | 382 | 34.73 |
| Silvio J. Montalvo University of Santiago Chile, Chile | 9 | 293 | 32.56 |
| Héctor Valdés Catholic University of the Most Holy Conception, Chile | 9 | 186 | 20.67 |
| José Luis Cortina Polytechnic University of Catalonia, Spain | 8 | 247 | 30.88 |
| Claudio A Zaror University of Concepción, Chile | 8 | 181 | 22.63 |
| Ayten Ates Cumhuriyet University, Turkey | 7 | 177 | 25.29 |
| Simos P. Malamis National Technical University of Athens, Greece | 6 | 464 | 77.33 |
| Evina Katsou Brunel University London, United Kingdom | 6 | 464 | 77.33 |
| Guang-Ming Zeng Hunan University, China | 6 | 193 | 32.17 |
En cuanto a las revistas de alto impacto, el núcleo se establece en las 5 primeras revistas a continuación: “Water Science & Technology”, “Journal of Hazardous Materials”, “Microporous and Mesoporous Materials”, “Desalination and Water Treatment” y “Environmental Science and Pollution Research”.
| NOMBRES | PUBLICACIONES | CITACIONES | MEDIA |
|---|---|---|---|
| Water Science & Technology | 49 | 648 | 13.22 |
| Journal of Hazardous Materials | 37 | 1860 | 50.27 |
| Microporous and Mesoporous Materials | 37 | 853 | 23.05 |
| Desalination and Water Treatment | 35 | 275 | 7.86 |
| Environmental Science and Pollution Research | 31 | 367 | 11.84 |
| AIP Conference Proceedings | 27 | 45 | 1.67 |
| IOP Conference Series Materials Science and Engineering | 24 | 53 | 2.21 |
| Journal of Environmental Management | 22 | 933 | 42.41 |
Conclusiones
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Las tecnologías desarrolladas son esencialmente físico-químicas, como adsorción, intercambio iónico, filtración, floculación, precipitación, catálisis y filtración por membrana.
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Los desarrollos se enfocan principalmente, en la remoción de metales como hierro, cobre, zinc, manganeso, arsénico, cromo, plata, níquel y mercurio.
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Hay tecnologías para la remoción de otro tipo de contaminantes (nutrientes) que paralelamente promueven la remoción de metales pesados (sin ser este su objetivo principal). Esto ocurre en procesos que requieren ajuste de pH.
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Son relevantes los avances científicos en la utilización de zeolita natural modificada para las remociones de metales pesados.
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El dominio de China en las solicitudes y patentes es casi absoluto con un 96% (101 publicaciones).
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Chile es el país con más autores citados en revistas de alto impacto en este tema.
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Los autores más citados son: Hossein Kazemian University of Northern British Columbia, Silvio J. Montalvo, University of Santiago Chile, Héctor Valdés Catholic University of the Most Holy Conception, Chile.
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Las revistas de alto impacto de mayor cantidad de citaciones son: Water Science & Technology (49 citaciones) y la Journal of Hazardous Materials (1860 citaciones).