WO2007142501A1 - El uso de las melaninas, sus análogos, sus precursores y sus derivados en el tratamiento de las aguas residuales - Google Patents

El uso de las melaninas, sus análogos, sus precursores y sus derivados en el tratamiento de las aguas residuales Download PDF

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water
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Arturo SOLÍS HERRERA
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Solis Herrera Arturo
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    • C02F2303/02—Odour removal or prevention of malodour

Definitions

  • melanins their analogues, their precursors and their derivatives in the treatment of wastewater.
  • the objective of the invention is to apply the multiple properties of melanins, their analogues, their precursors and their derivatives in the management and treatment of wastewater.
  • melanins, their analogues, their precursors or their derivatives decrease the bioavailability of electromagnetic radiation that autotrophic microorganisms can use to synthesize compounds necessary for their metabolism through photosynthesis.
  • the human organism possesses the enzymatic machinery necessary to degrade the melanins, so that, in the event that some significant amount of melanins reach the drinking water, it would not represent a real danger to health.
  • the light-dependent reactions can also provide energy to reduce CO 2 to H 2 CO 3 , (bicarbonate), HCO 3 " (bicarbonate ion), CO 3 " 2 (carbonate ion), nitrates to ammonia and sulfates to sulphydryls.
  • SH covaleni bonds with them
  • the melanins, their analogues, their precursors or their derivatives They can be used to treat unpleasant odors from primary and / or wastewater. Improving an important aspect of them.
  • Another advantage of using melanins, their analogues, their precursors or their derivatives in the treatment of primary and / or wastewater lies in the intrinsic buffer properties thereof, so that the alterations of! pH that occur in primary and / or wastewater due to multiple factors, can be controlled in a significant way, tending to neutrality, which is desirable both in the case of primary and wastewater.
  • the weight of the melanin molecule, its analogues, its precursors or its derivatives, is estimated in millions of Daltons, so that, together with its binding and chelating properties of multiple compounds, both organic and inorganic, metals and others, allows that each molecule links and / or quele a significant number of chemical compounds of various characteristics and structures by what makes up a giant molecule, which among other things, requires less sophisticated, less small filters to be stopped and removed from the water by means of filters of larger pores and therefore less expensive, in addition to providing us with visual control! from! process.
  • This immobilization of molecules of various kinds and / or nature by melanins implies that their bioavailability and therefore their ability to act as xenobiotics towards any organism, not only the human, are diminished.
  • the meianin molecule is not toxic to any organism, since the vast majority contain it, so that they tolerate and degrade well, so that, under certain circumstances it is also a carbon source for almost all species, it is That is, it can serve as food once it has been used and removed from the water, of course depending on the compounds it contains as a result of the water contaminants present at the time of use.
  • melanins can play a protective role both from the point of view that they absorb most of the radiations of the electromagnetic spectrum, and especially , if it is doped with boron, it becomes a voracious neutron picker. It allows the use of less expensive methods and / or filtering processes, since a! Increasing the size of the molecule that contains the contaminants, allows it to be removed from the water in a manner with a larger pore filter.
  • Melanins being constituted by carbon, hydrogen, oxygen and nitrogen, form a food source, a characteristic that can be exploited once it was used to treat and / or improve the characteristics of water, whether primary or residual, for which reason It can be used for agricultural fertilizer or as a source of carbon for animals.
  • a separate paragraph is the issue of pesticides, which is a severe and complicated problem worldwide, due to its use for decades and in large quantities.
  • melanins, their analogues, their precursors or their derivatives we refer to: melanins, melanin precursors, melanin derivatives, variants, melanin analogues; natural or synthetic, pure or mixed (with organic or inorganic compounds, metals, ions, drugs) as a central element for any photoelectrochemical process that allows water molecules to be separated into hydrogen and oxygen atoms and / or their incomplete reduction derivatives and that use
  • main source of light energy from any source (natural or synthetic, coherent or not) with wavelength mainly between 200 and 900 nanomers although other wavelengths and other forms of energy can also be useful (sound, mechanical agitation, magnetic fields, etc.) depending on the physical-chemical configuration of the system, which will also result in the generation of High energy electrons or the opposite reaction, that is: the union of hydrogen and oxygen atoms forming water molecules and generating electricity or electric current.
  • Incomplete products can also be generated from the reduction of oxygen atoms such as superoxide anion molecules, hydrogen peroxide and oxhydryls. All of the above occurs at room temperature, and is capable of being modified according to the parameters and variables surrounding a design of this nature, such as the very nature of the melanin used in the design, the addition of some metals, as well as compounds organic, inorganic, drugs, pressure, temperature, pH; gases, shape of the continent, theological characteristics of the content;
  • the way to energize the process as it is by natural light, artificial light !, visible, invisible, concentrated, coherent, that is, the possibilities of modifying the characteristics of the process are immense, and therefore the efficiency resulting in the generation of the final products that are sought as are the amount of hydrogen atoms generated and / or oxygen where appropriate as well as high energy electrons, or in the other sense water molecules, electricity or electric current, hydrogen peroxide molecules, hydrogen peroxide ; that is to say, the possibility of optimizing any photoelectrochemical design using melanin or
  • Gadolinium is a very effective metal.
  • the metal is incorporated into the melanins in ionic form or as a particle, in addition to drugs or drugs, energizing the photoelectrochemical design with light (natural or synthetic, coherent or not, monochromatic or polychromatic) with wavelength mainly between 200 and 900 nanometers , although other wavelengths and other types of energy, for example, kinetics, are also effective although in varying degrees, according to the rest of the conditions (pH, temperature, pressure; etc). Magnetic fields can be applied to these types of designs from mild intensity to a significant intensity. The events in this design can happen to a greater or lesser degree under physical or chemical stimuli, internal or external.
  • melanins cited above
  • electrolyser of the water molecule using as main or single energy the light, particularly between 200 and 900 nm wavelength, in hydrogen production systems known as photoelectrochemical methods.
  • the melanin is poured into the water to be treated, the necessary amount depends on the quantity and quality of the contaminants, so it is necessary to make tests in each case, until reaching an optimum or desirable point where it is estimated that the Melanin captures, chelates or binds the contaminant (s) in question.
  • the melanin is removed by physical processes such as filters, which, being a large proportion compensate for the expense of the melanin to be, usually cheaper since the pore size is higher.
  • Another advantage is that it provides us with a visual control, because until the water is transparent, until it has no black traces, we will know that the desired contaminant has already been removed.

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Abstract

El presente protocolo, tiene por objeto proteger la prioridad de la propiedad intelectual acerca del uso de las melaninas, sus análogos, sus precursores o sus derivados; en el tratamiento de las aguas primarias y/o residuales, ya que, debido a las extraordinarias propiedades de dichos compuestos, podemos mejorar variables importantes acerca de las características fisicoquímicas y microbiológicas del agua. Entre estas tenemos: la oxigenación, la acidez, la presencia de metales, metales pesados, la presencia de pesticidas, inclusive compuestos radioactivos. La relación estructura actividad de las melaninas, permite avizorar una amplia gama de utilizaciones, por lo que, conforme el costo de las melaninas disminuya merced al aumento de la demanda y mayor capacidad de síntesis de la misma, así como el precio del agua siga subiendo como hasta ahora, podrá llegar un momento en que puedan utilizarse en forma razonable de acuerdo a la relación costo-beneficio del procedimiento.

Description

El uso de las melaninas, sus análogos, sus precursores y sus derivados en el tratamiento de las aguas residuales.
DESCRIPCIÓN
OBJETO DE LA INVENCIÓN El objetivo de Ia invención es aplicar las múltiples propiedades de las melaninas, sus análogos, sus precursores y sus derivados en el manejo y tratamiento de ias aguas residuales
ANTECEDENTES El problema del agua es otro de los múltiples retos que aquejan a Ia sociedad desde tiempos inmemoriales, cada época tuvo sus características peculiares y en Ia actualidad, el estrés hídrico omnipresente, obliga a buscar opciones relacionadas con el manejo dei agua potable, industrial y para agricultura, así como ei tratamiento de aguas residuales. La aguda escasez de agua, no permite que el agua se use y se tire, sino que debemos primero tratarla con ei fin de que sus características fisicoquímicas, microbiológicas y parasitológicas se adecúen a ias normas vigentes para disminuir en Io posible riesgos a Ia salud humana y al ambiente. Los procedimientos empleados requieren cada vez ser más sofisticados debido a que el número y naturaleza de contaminantes que se empiezan a encontrar en las fuentes de agua refleja no solo las debidas a Ia naturaleza misma del ciclo del agua a través de Ia superficie, como en el caso de los ríos, lagos, sino también en las fuentes subterráneas que conforme se desplazan a través de las napas, adquieren elementos propios de las zonas que recorren. Lo anterior tiene como resultado que el agua presenta substancias que de por sí pueden considerarse riesgosas para Ia salud, pero, corno resultado de Ia actividad humana, también encontramos substancias químicas que constituyen un reto formidable, no solo desde el punto de vista de nuestra capacidad para detectar su presencia en el agua, sino también son un desafío para poder disminuir su concentración en Ia misma, de manera que cuando el agua llega a la población, ésta presente las mejores características fisicoquímicas, parasitológicas y bacteriológicas posibles. Hasta aquí, ya tenemos problemas importantes, los cuales no son de ninguna manera sencillos de resolver, y cada vez se complican más debido a que los compuestos químicos que se vierten al ambiente, tienen un número mayor tanto en cantidad como en complejidad, amén de las interacciones entre ellos mismos y el ambiente. El siguiente paso relacionado con el ciclo del agua, es que después de que pasa por las ciudades o poblados, fábricas, usos agrícolas, vuelve hacia las fuentes de agua potable, por Io que es imperativo tratarla (limpiarla) Io más posible antes de que llegue a las fuentes tradicionales de agua potable, de manera que Ia limpieza que Ia naturaleza hace usualmeníe sea suficiente para asegurar su calidad, ya que, cuando el número de contaminantes es demasiado elevado, las reacciones químicas que ocurren naturalmente, no son capaces de disminuir de manera significativa ni Ia cantidad ni el número de contaminantes ambientales presentes en el agua, por Io que cada vez es más imperiosa Ia necesidad de tratar tanto el agua potable, industrial y para usos agrícolas, antes de utilizarla; como tratarla (limpiarla) después de haber sido utilizada. Los métodos que se utilizan actualmente, tanto para Ia fuente primaria como para las aguas residuales, distan mucho de ser perfectos, y cada vez se requieren en mayor precisión y cantidad, debido a que no tenemos un método universal, sencillo y económico que nos permita limpiar el agua de manera milagrosa, antes y después de utilizarla. Cada método empleado, está dirigido hacia una parte más o menos específica del problema, pero no tiene efectos sobre alguna otra. Por ejemplo, Ia cloración, que fue el primer método aplicado desde hace dos siglos, en Europa; solo nos permite disminuir de manera significativa, algunos de los principales contaminantes bacterianos, pero no todos, además de que cada una de las formas químicas del cloro que se emplean, tienen sus ventajas y limitaciones, aparte de que el Cloro forma compuestos con los otros contaminantes químicos y también pueden considerarse peligrosos para Ia salud, citaremos como ejemplo los clorofenoles, los trihalometanos. Por Io que, después de aplicar cloro en alguna de sus formas, Io ideal es retirarlo de nuevo, junto con sus aductos, Io cual no se hace casi en ninguna parte del mundo. Otros ejemplos de métodos para disminuir el número de bacterias es por medio de radiaciones ultravioletas y ozono, pero como el Cloro, tienen algunas ventajas como son el que actúan sobre bacterias que el cloro puede no afectar, pero es algo complicado su aplicación, amén de que gasta energía, y otras desventajas como son el costo, el mantenimiento, y el hecho de que hay bacterias que no son afectadas por ninguno de estos tres métodos, como Ia acantoamiba, cuyo coeficiente de infección es una por cada tres litros de agua. En este tema existe mucha controversia por el hecho de que, empezando por los métodos de detección de los microorganismos presentes en el agua, no existe un método que cubra todo el espectro. Tan es así, que los procedimientos que empleamos en países subdesarroliados, solo son copia de procesos impiementados en Europa y que solo nos limitamos a copiarlos, a pesar de que las mismas naciones europeas nos advierten de que debemos estudiar más a fondo sus alcances y limitaciones en nuestro medio, cosa que ninguna nación ha hecho por diversas razones, entre ellas, Ia faita de recursos. En forma general, son modelos matemáticos relativamente simples de Ia realidad, es decir, son métodos estadísticos, por Io que nos hablan de probabilidad, pues si quisiéramos detectar todos los microorganismos presentes en el agua, tendríamos que realizar un sinnúmero de cultivos constantemente, y para colmo, existen muchos microorganismos que solo crecen en medios de cultivo muy especiales, amén de otros que hasta Ia fecha no se ha logrado cultivar, faltando los que no se conocen. El panorama es desalentador.
Pasando a las características fisicoquímicas del agua, tenemos otro problema formidable, iniciando desde los métodos disponibles tanto para Ia detección, caracterización y cuantificación de las substancias químicas presentes en el agua, tanto de uso primario como de aguas residuales, partiendo del hecho de que existen en el mundo unos tres millones de substancias químicas inventadas por el hombre, aparte de las que existen en Ia naturaleza; y las reacciones químicas que son Ia base para los procedimientos de detección, caracterización y cuantificación, no son métodos infalibles, ni colectivamente incluyentes, ni colectivamente exhaustivos. Es decir, cada reacción química empleada, logra detectar una o a veces algunas, de las substancias presentes en el agua, por Io que para tener una idea más apegada a Ia realidad, requeriríamos emplear un número cercano de reacciones químicas a los tres millones, Io cual no se hace en ningún país del mundo, Io más cercano es en EUA, donde se practican 90. Otra arista es que en cada zona, Ia problemática es diferente, es decir; los contaminantes cambian de acuerdo al tipo de suelo, humedad, temperatura, tipo de actividades humanas, tipo de pesticidas, tipo de industrias, tiempo que tienen de verter tales o cuales agentes químicos, etc. Por Io que de inicio, Ia sola detección, Ia sola caracterización, Ia sola medición es un problema que se antoja imposible de enfrentar. Y para colmo, los métodos que se emplean para limpiar el agua de las substancias químicas peligrosas, son, en realidad, burdos desde el punto de vista fisicoquímico. Pues se utilizan filtros, que es el método más utilizado, pero una porción significativa, quizá ia gran mayoría; de dichos contaminantes, tienen un peso molecular tan pequeño, que atraviesan sin dificultad los filtros usuales, por Io que continúan presentes en el agua. Hasta aquí Io relacionado a las fuentes primarias. En relación a las aguas residuales, los problemas son similares, pero extraordinariamente más complejos, pues es prácticamente imposible saber más, o ignorar menos, acerca de los contaminantes tanto microbiológicos como fisicoquímicos que se vierten en las distintas poblaciones, por las cuales el preciado y escaso líquido atraviesa. El panorama relacionado a la detección, caracterización y cuantificación de los contaminantes se complica de tal modo, que es prácticamente imposible conocer dichas variables, pues, por ejemplo, existen reacciones químicas que son sesgadas en sus resultados ante la presencia de uno u otro elemento, por Io que los resultados de dichos estudios, de por sí insuficientes, ahora son sesgados. En relación a las bacterias el panorama es peor, pues las características , naturaleza y cantidad de las mismas, cambia de tal manera no solo de población a población, sino de calle a calle; que nos conformamos con saber cosas de Io más superficial como es el número de bacterias coliformes (que es un método estadístico y por ende solo habla de probabilidades) huevos de helmintos, etc. Lo cual representa un conocimiento sumamente superficial de dichas aguas residuales.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Nuestra invención tiene aplicación en el tratamiento de las aguas tanto de uso primario como residuales. No viene a desplazar a los métodos existentes, sino a complementarlos. Las razones son las siguientes: Uno de los problemas más espinosos es el contenido de bacterias. Pues bien, las melaninas, sus precursores, sus análogos y sus derivados tienen una característica especial y es su afinidad por el hierro, por Io que, al quelar el hierro en forma tan eficiente, disminuyen Ia biodisponibilidad del mismo, por Io que los microorganismos que Io requieren en forma esencial se ven vulnerados de manera significativa, reduciendo sus posibilidades de supervivencia, refiriéndonos especialmente a los microorganismos heterótrofos. Por otro lado, a! impedir el paso de Ia luz, las melaninas, sus análogos, sus precursores o sus derivados disminuyen Ia biodisponibilidad de las radiaciones electromagnéticas que los microorganismos autótrofos pueden utilizar para sintetizar compuestos necesarios para su metabolismo por medio de Ia fotosíntesis. El organismo humano, posee Ia maquinaria enzimática necesaria para degradar las melaninas, por Io que, en caso de que alguna cantidad importante de melaninas ¡legara al agua de consumo, no representaría un peligro real para Ia salud.
La propiedad fotoelectrolítica de las melaninas, sobre el agua, a partir de energía que captan de las radiaciones electromagnéticas, descrita en forma detallada por nosotros en Ia solicitud de patente cuyo número de expediente correspondiente es de PCT/ MX/ 2005 00092 con fecha del 13 de Octubre de 2005 , nos permite enunciar que las melaninas, sus análogos, sus precursores o sus derivados, en presencia de agua y Suz, generan oxígeno, por Io que es un método novedoso de tratamiento de aguas primarias y residuales, ya que uno de los métodos más utilizados en el tratamiento de aguas es Ia oxigenación de las mismas, y ninguno de los métodos descritos en Ia literatura, nos enseña o describe el uso de las melaninas, sus análogos, sus precursores o sus derivados como forma de oxigenar las aguas primarias y/o residuales, (mejorando su oxigenación) por Io que consideramos que este uso forma parte de las reinvindicaciones principales de esta solicitud de patente. Las reacciones dependientes de Ia luz, también pueden proporcionar energía para reducir CO2 a H2CO3, (bicarbonato), HCO3 " (ion bicarbonato), CO3 "2 (ion carbonato), nitratos a amoniaco y sulfates a sulfihidrilos. AL ligar los compuestos de azufre, formando enlaces covaleníes con ellos (SH), las melaninas, sus análogos, sus precursores o sus derivados; pueden ser utilizados para tratar los olores desagradables de las aguas primarias y/o residuales. Mejorando un aspecto importante de las mismas. Otra ventaja de utilizar las melaninas, sus análogos, sus precursores o sus derivados en el tratamiento de las aguas primarias y/o residuales, radica en las propiedades amortiguadoras intrínsecas de las mismas, por Io que las alteraciones de! pH que ocurren en el agua primaria y/o residual debido a múltiples factores, pueden ser controladas de manera significativa, tendiendo a Ia neutralidad, Io cual es deseable tanto en el caso de las aguas primarias como en las residuales.
El peso de Ia molécula de las melaninas, sus análogos, sus precursores o sus derivados, se estima en millones de Daltons, por Io que, aunado a sus propiedades ligantes y quelantes de múltiples compuestos, tanto orgánicos como inorgánicos, metales y otros, permite que cada molécula ligue y/o quele un número significativo de compuestos químicos de diversas características y estructuras por Io que conforma una molécula gigante, que entre otras cosas, requiere filtros menos sofisticados, menos pequeños para ser detenida y retirada del agua por medio de filtros de poros más grandes y por ende menos caros, amén de que nos brinda un control visua! de! proceso. Esta inmovilización de moléculas de diversa índole y/o naturaleza por parte de las melaninas, implica que disminuye su biodisponibilidad y por tanto su capacidad de actuar como xenobióticos hacia cualquier organismo, no solo al humano.
La molécula de meianina, no es tóxica para ningún organismo, puesto que Ia inmensa mayoría la contienen, por Io que Ia toleran y Ia degradan bien, de modo que, bajo ciertas circunstancias también es una fuente de carbono para casi todas las especies, es decir, puede servir como alimento una vez que ha sido utilizada y retirada del agua, esto claro dependiendo de los compuestos que contenga resultado de los contaminantes del agua presentes en el momento de su utilización. No es posible describir y/o predecir toda Ia gama de compuestos que pueden combinarse químicamente de una u otra manera con las melaninas, sus análogos, sus precursores o sus derivados y por ende las reacciones químicas que ocurren o pueden ocurrir, por Io que, en general; podemos adelantar las que podemos sustentar desde un punto de vista teórico en relación a su estructura actividad y que son las siguientes: oxigenación a partir de Ia fotolisis, desodorización mediante Ia combinación química con los tioles y/o compuestos azufrados; quelación de metales; Ia melanina quela muchos metales, por Io que puede ser útil también en el caso de metales pesados que son altamente contaminantes como el cadmio, el plomo, el mercurio y otros. En el caso de las radiaciones de aita velocidad y penetración como los rayos X, los rayos gamma y otros, las melaninas pueden jugar un papel protector tanto desde el punto de vista de que absorben Ia mayoría de las radiaciones del espectro electromagnético, y sobre todo, si se dopa con boro, se convierte en un voraz captador de neutrones. Permite Ia utilización de métodos y/o procesos de filtrado menos caros, ya que a! aumentar el tamaño de Ia molécula que contiene los contaminantes, permite retirarla del agua de manera con filtro de mayor tamaño de poro. Las melaninas, al estar constituidas por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, conforman una fuente de alimento, característica susceptible de explotarse una vez que se utilizó para tratar y/o mejorar las características del agua, ya sea primaria o residual, por Io que puede utilizarse para abono agrícola o como fuente de carbono para animales. Un párrafo aparte es el asunto de ¡os pesticidas, Io cual es un problema severo y complicado en todo el mundo, debido a su utilización durante décadas y en grandes cantidades. Usualmente son moléculas muy pequeñas, tanto organoclorados como organofosforados y otros; por Io que traspasan los filtros más pequeños con relativa facilidad, Io que los convierten en un dolor de cabeza desde el punto de vista del agua potable; pues Io anterior, aunado a su escasa o nula biodegradación por el ambiente, provoca que dichas moléculas experimenten un proceso denominado biomagnificación, es g decir, se están concentrando de manera significativa en determinados eslabones de Ia cadena alimentaria, Io cual es, incluso; objeto de estudios con el fin de determinar sus efectos sobre Ia salud humana. Aquí, las melaninas, sus análogos, sus precursores y sus derivados pueden jugar un papel clave, por una sencilla razón de capital importancia: su elevada afinidad por los pesticidas. Las melaninas tienen una especial afinidad por este tipo de moléculas, hecho descrito de manera más o menos abundante en Ia literatura científica Io que nos permite inferir, que en el caso del tratamiento de aguas primarias y/o residuales, puede constituirse en una herramienta valiosa dado Io sencillo de su utilización, pues al saturar el agua con dichas melaninas, se producirá Ia combinación química de distinta naturaleza según las características de las moléculas participantes, esto es, puede resultar enlaces covalentes, por puentes de hidrógeno, por fuerzas de Van der WaIIs, iónicos; etc, pero usualmente con Ia fuerza y número necesario para que Ia molécula de pesticida quede inmovilizada desde el punto de vista biológico y por ende inactivada, Ia cual, acto seguido; puede retirarse de! agua por métodos relativamente simples y un tanto económicos.
Definiciones: para fines de este trabajo, cuando nos referimos a melaninas, sus análogos, sus precursores o sus derivados nos referimos a: de melaninas, precursores de las melaninas, derivados de las melaninas, variantes, análogos de las melaninas; naturales o sintéticos, puros o mezclados (con compuestos orgánicos o inorgánicos, metales, iones, drogas) como elemento central para cualquier proceso fotoelectroquímico que permita separar moléculas de agua en átomos de hidrógeno y oxígeno y / o sus derivados de reducción incompleta y que utilicen como fuente de energía principal luz de cualquier fuente (natural o sintética, coherente o no) con longitud de onda principalmente entre 200 y 900 nanómeíros, aunque otras longitudes de onda y otras formas de energía también pueden ser útiles (sonido, agitación mecánica, campos magnéticos, etc.) dependiendo de Ia configuración físico-química del sistema, Io cual también nos dará como resultado Ia generación de electrones de alta energía o bien Ia reacción opuesta, es decir: Ia unión de átomos de hidrógeno y oxígeno formando moléculas de agua y generando electricidad o corriente eléctrica. También pueden generarse productos incompletos de Ia reducción de los átomos de oxígeno como moléculas de anión superóxido, de peróxido de hidrógeno y oxhidrilos. Todo Io anterior ocurre a temperatura ambiente, y es susceptible de modificarse de acuerdo a los parámetros y variables que rodean un diseño de esia naturaleza, como son Ia naturaleza misma de Ia melanina utilizada en el diseño, Ia adición de algunos metales, así como compuestos orgánicos, inorgánicos, fármacos, presión, temperatura, pH; gases, forma del continente, características Teológicas del contenido; Ia forma de energizar el proceso como Io es por luz natural, luz artificia!, visible, invisible, concentrada, coherente, es decir, las posibilidades de modificar las características del proceso son inmensas, y por ende Ia eficiencia resultante en Ia generación de los productos finales que se buscan como son Ia cantidad de átomos de hidrógeno generado y/o oxígeno en su caso así como electrones de alta energía, o en el otro sentido moléculas de agua, electricidad o corriente eléctrica, moléculas de oxhidrilos, de peróxido de hidrógeno; es decir Ia posibilidad de optimizar cualquier diseño fotoeiectroquímico utilizando melanina o sus análogos, precursores o derivados, ya sea en forma pura o mezclada; natural o sintética , pero utilizando dicho compuesto como elemento central, permitirá Ia utilización generalizada o masiva de fuentes de energía alternas (hidrógeno, oxígeno, electrones de alta energía, agua, electricidad) a partir de fuentes renovables como son el agua y Ia luz del so!. Los procesos arriba señalados se pueden utilizar en forma aislada o complementaria entre si o con otros métodos conocidos o por conocerse que al final producen energía a través de hidrógeno o bien corriente eléctrica, (polihidroxiindol, eumeianina, feomelanina, alomelanina, neuromelanina, ácido húmico, fulerenos, grafito, poliindolquinonas, acetilenonegro (acetylene-black), pirrol-negro (pyrrole-black), indol-negro (indole-black), benceno- negro (benzene black), tiofeno negro (thiophene-black), anilina-negro (aniline-black), poliquinonas en forma hidratada, sepiomelaninas, dopa negra (dopa-black), dopamina negra (dopamina-black), adrenalina negra (adrenalina-black), catecol negra (catechol-black), 4aminocatecolnegra (4 amine catechoi-black), (en cadena linear simple, alifáticos o aromáticos.) o sus precursores como fenoles, aminofenoles, o,difenoles, indol-poiifenoles, ciclodopa, DHI y DHiCA, quinonas, semiquinonas o hidroquinonas, L-tirosina, L-dopamina, morfolino orto benzoquinona, dimorphoüno-orto-benzoquinona, morfolincatecol, ortobenzoquinona, porphirin-black, pterin-biack, ommochrome-black, precursores libres de nitrógeno, cualquiera de los arriba citados con cualquier tamaño de partícula (desde 1 aπgstrom hasta 3 o 4 cm), todos los compuestos citados anteriormente, electroactivos, en suspensión, en solución, en gel, que absorben el ultrasonido en e! intervalo de un MHz, naturales o sintéticos, de origen vegetal, animal o mineral; puros o mezclados con compuestos orgánicos o inorgánicos, iones, metales (gadolinio, hierro, níquel, cobre, erbio, europio, praseodymio, dysprosio, holmio, cromo o manganeso, seleniuro de plomo, etc). El Gadolinio es un metal muy efectivo. El metal es incorporado dentro de las melaninas en forma iónica o como partícula, amén de drogas o fármacos, energizando el diseño fotoelectroquímico con luz (natural o sintética, coherente o no, monocromática o policromática) con longitud de onda principalmente entre 200 y 900 nanómetros, aunque otras longitudes de onda y otros tipos de energía, por ejemplo Ia cinética, también son eficaces aunque en grado variable, según el resto de las condiciones (pH, temperatura, presión; etc). A este tipo de diseños se Ie pueden aplicar campos magnéticos desde intensidad leve hasta una intensidad significativa. Los eventos en este diseño pueden suceder en mayor o menor grado bajo estímulos físicos o químicos, internos o externos. Proponemos el uso de las melaninas (citadas anteriormente) como el materia! electrolizador de Ia molécula de agua, utilizando como energía principal o única Ia luz, particularmente entre 200 y 900 nm de longitud de onda, en los sistemas de producción de hidrógeno conocidos como métodos fotoelectroquímicos.
Ejemplos: Usualmente se vierte Ia melanina en el agua a tratar, Ia cantidad necesaria depende de Ia cantidad y calidad de los contaminantes, por Io que es necesario hacer pruebas en cada caso, hasta llegar a un punto óptimo o deseable donde se estime que Ia melanina capte, quele o ligue el o los contaminantes en cuestión. Una vez lograda esa concentración, se procede a retirar la melanina mediante procesos físicos taies como filtros, que, ai tratarse de una moiécuia de grandes proporciones compensan el gasto de Ia melanina al ser, por Io general más baratos dado que el tamaño del poro es mayor. Otra ventaja es que nos proporciona un control visual, pues hasta que el agua sea transparente, hasta que no tenga trazas de color negro, sabremos que ya se retiró el contaminante deseado.
1.-Para mejorar Ia oxigenación del agua por medio de Ia fotolisis de Ia misma a través del uso de las melaninas como elemento fotoelect rol izante, lo cual está descrito con mayor detalle en nuestra solicitud de patente PCT/ MX/ 2005 00092 con fecha del 13 de Octubre de 2005.
2.- Para Ia captación o quelación o combinación o ligando de los pesticidas, dada su natural y elevada afinidad por este tipo de compuestos, difíciles de retirar de las aguas primarias y/o residuales, y que al incorporarlos de manera firme y/o intensa a una molécula de mucho mayor tamaño permite captar un gran número de moléculas del pesíicida, inactivarlas, disminuir su biodisponibilidad y retirarlas del agua por métodos menos complicados, más económicos y que hasta cierto punto, el color de Ia melaninas nos brinda un control visual relativamente sencillo de manejar.
3.- Debido a su afinidad por los sulfihidrilos (SH), con los cuales forma enlaces covalentes, las melaninas, sus análogos, sus precursores o sus derivados, nos permiten retirar del agua, compuestos odoríferos, por Io general desagradables, Io que, debido a la escasez cada vez mayor del agua, hace importante cualquier método que nos permita reutilizar el agua con mayor eficiencia. 4.- Ya que quela metales, entre ellos el hierro, disminuye Ia biodisponibilidad del mismo, por Io que los microorganismos que dependen en gran medida del mismo con el fin de utilizarlo en sus procesos enzimáticos vitales, disminuye su probabilidad supervivencia, por Io que mejora Ia calidad del agua, ya sea primaria o residual, al disminuir Ia cantidad de bacterias y/o microorganismos que contiene. 5.- Las melaninas también tienen mucha afinidad por otros metales, entre ellos los denotados como pesados que son altamente contaminantes como el cadmio, el plomo, el mercurio, así como el arsénico, el cobre y otros. Aquí el razonamiento es el mismo, son moléculas pequeñas que atraviesan filtros con mayor o menor facilidad, por io que, al combinarlos con una gran molécula, en tamaño y propiedades, como es las melaninas, sus precursores, sus análogos o sus derivados, los captamos en cantidades significativas, los inmovilizamos, disminuimos importantemente su actividad biológica, y al estar hablando de un peso molecular de millones, es relativamente fácil retirarla del agua por medio de filtros de gran tamaño, que son los menos caros y de los cuales disponemos con mayor facilidad sobre todo en países subdesarrollados. 6,. Al absorber Ia luz, las melaninas disminuyen Ia disponibilidad de Ia misma y los organismos denominados autótrofos, se ven vulnerados en sus posibilidades de supervivencia, Io que mejora, en términos generales, las características microbiológicas del agua, tanto de fuentes primarias como residuales.
7.- Las melaninas poseen características amortiguadoras (buffer), por Io que tienden a disminuir Ia acidez o alcalinidad de Ia misma, dependiendo de las múltiples variables que intervienen en dicho proceso, pero Ia tendencia a Ia neutralidad es deseable en aguas primarias y/o residuales.
8.- En caso de que el agua tratada con melaninas sea ingerida, los problemas son menores, ya que Ia inmensa mayoría, sino es que todos los mamíferos y peces, cuentan Ia maquinaria enzimática para degradarla en su totalidad, por Io que su toxicidad se reduce a su contenido de contaminantes que previamente poseía el agua.
9.-En Ia actualidad, las melaninas son caras, pero conforme su uso se vaya extendiendo, seguramente su costo bajará, Io que, aunado a! costo cada vez mayor del agua, permitirá que este proceso que estamos patentando pueda utilizarse cada vez más en razón de costo beneficio.

Claims

REIVINDICACIONESHabiendo descrito suficiente mi invención, considero como una novedad y por Io tanto reclamo como de mi exclusiva propiedad, Io contenido en Ia siguientes cláusulas:
1.- Reclamo y/o reinvindico como de mi exclusiva propiedad, el uso de las melaninas, sus análogos, sus precursores o sus derivados, en el tratamiento de las aguas tanto primarias como residuales, con e! fin de mejorar sus características de oxigenación, acidez, microbiológicas y fisicoquímicas, contenido de metales, pesticidas, compuestos orgánicos e inorgánicos, y en sí, cualquier elemento que atente contra Ia salud humana y/o dei ambiente y por ende sea necesario y/o recomendable retirarlo del agua, ya sea para su uso primario o residual.
2.- Reclamo y/o reinvindico, como en 1 , Ia utilización de las melaninas con el fin de tratar aguas residuales o primarias, con el fin de manejar sus características fisicoquímicas o microbiológicas de manera que se ajusten de manera más adecuada a algún fin en especial, cualquiera que este sea (poíabilización, deodorización, mejoramiento de aguas residuales para uso industrial, para riego, etc) y otros.
3.- Reclamo y/o reinvindico, como en 1 , Ia utilización de las melaninas, sus análogos, sus precursores o sus derivados en el manejo de las características fisicoquímicas y microbiológicas no solo del agua, sino de cualquier compuesto afín o no, que, como resultado de Ia combinación con las melaninas, sufra o experimente una transformación en el orden de sus propiedades tales como oxigenación, grado de acidez, contenido de metales, de pesticidas, de contaminantes, de compuestos odoríferos, de microorganismos, de manera que se adecué mejor al fin diverso que pueda perseguirse, ya sea industrial, de laboratorio, de investigación o de cualquier índole del saber humano.
4.- Redamo y/o reinvindico, como en 1 , el uso de las melaninas en e! manejo de residuos peligrosos tales como metales pesados (cadmio, plomo, níquel, arsénico, hierro, cobre y otros) valiéndose de sus propiedades secundarias a su relación estructura actividad.
5.-Reclamo y/o reinvindico, como en 1 , el uso de las melaninas, sus análogos, sus precursores y sus derivados, en el manejo y/o tratamiento de aguas residuales o primarias, con el fin de modificar su contenido, en uno u otro sentido; en especies químicas tales como pesticidas, herbicidas, nutrientes vegetales, y otros que amenazan Ia salud humana y ambienta!, como resultado de Ia misma actividad humana o que emanan de Ia naturaleza de por sí.
6.-Reclamo y/o reinvindico, como en 1, el uso de las melaninas, sus análogos, sus precursores o sus derivados, en el tratamiento o manejo de residuos industriales de cualquier tipo, componentes industriales o de laboratorio; agua primaria o residual; susceptibles de mejorarse o bien hacer más sencillo su manejo, como resultado de las propiedades de las melaninas, resultado de la relación estructura actividad de Ia misma.
7.- Reclamo y/o reinvindico como en 1, el uso de las melaninas, sus análogos, sus precursores o sus derivados, en el manejo y/o tratamiento de contaminantes ambientales, industriales, de laboratorio, ya sea en agua primaria o residual, inclusive deshechos y/o contaminantes radioactivos; susceptibles de mejorarse, merced a las propiedades que emanan de Ia relación estructura-actividad de las melaninas, sus análogos, sus precursores o sus derivados.
8,. Reclamo y/o reinvindico, como en 1, el uso de las melaninas, sus anáologos, sus precursores o sus derivados, en el tratamiento de aguas residuales o primarias, o en cualquier líquido de cualquier origen, con Ia finalidad de degradar compuestos como clorofenoles, colorantes, asfalto; esporas, bacterias; para mejorar el color, el olor, para disminuir el contenido de cadmio, mercurio, arsénico, uranio y plutonio; cloruros, dioxinas, radicales libres en general.
9.- Reclamo y/o reinvindico, como en uno, el uso de las melaninas, sus análogos, sus precursores o sus derivados en reacciones dependientes de la luz, las cuales también pueden proporcionar energía para reducir CO2 a H2CO3, (bicarbonato), HCO3 ~ (ion bicarbonato), CO3 ~2 (ion carbonato), nitratos a amoniaco y sulfates a sulfihidrilos, en el agua primaria y/o residual, así como en deshechos industriales, de laboratorio y/o farmacéuticos de cualquier tipo.
10.- Redamo y/o reinvindico, como en 1, el uso de ias meianinas, sus análogos, sus precursores o sus derivados, en el manejo y/o tratamiento de las aguas primarios y/o residuales, así como su posterior uso con fines alimenticios en animales, peces, aves y/o microorganismos.
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