MEMORIA DESCRIPTIVA

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a una composición química biodegradable con efecto quelante de arsénico, plomo y mercurio. Dicha composición puede formar parte de productos de higiene, limpieza y cuidado personal, sin perder su efectividad. Su utilización es principalmente recomendable por parte de personas que habitan zonas con concentraciones significativamente altas de arsénico, plomo y mercurio en el ambiente, que pueden estar en contacto vía dérmica a los contaminantes ambientales o a través de la ingesta de alimentos contaminados.

DESCRIPCIÓN DEL ESTADO DE LA TECNICA

Resulta indiscutible el fuerte desarrollo humano que se ha producido en los últimos cien años en el mundo, dicho desarrollo abarca los más amplios campos, tales como el desarrollo social, el desarrollo industrial y el desarrollo tecnológico. Sin embargo, muchos avances industriales y sociales, dejan una huella que se plasma en la misma humanidad. Es altamente reconocido que el desarrollo industrial ha dejado una estela contaminante que durante mucho tiempo no fue considerada como elemento relevante que afectara la vida humana. El mismo progreso tecnológico ha generado un desarrollo social que en su momento no fue considerado. Vale mencionar el gran crecimiento demográfico que han experimentado importantes urbes debido, originalmente, a la necesidad de mano de obra para sustentar dicho avance industrial. Asimismo, importantes asentamientos poblacionales se han desarrollado en torno a sectores industriales, sin tener en consideración algunos elementos ambientales que se han manifestado sobre la población, así por ejemplo, se tiene que en torno a la industria minera se han establecido originalmente campamentos mineros, los que con el transcurso de los años se han convertido en ciudades, las cuales cargan con los problemas ambientales propios del lugar de emplazamiento y los que se han ido agregando como efecto de la industria misma. Sin duda, que todo el desarrollo humano, ha generado elementos nocivos contaminantes que afectan, de distinta forma, la vida

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HOJAS DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) humana, así como por ejemplo: contaminación atmosférica, contaminación hídrica, contaminación acústica, contaminación por residuos sólidos y otras. Así se tiene que diferentes tipos de contaminaciones, generadas por el desarrollo de la humanidad, ha provocado una alteración o contaminación de los recursos naturales, en particular, el agua para consumo humano ha sido el recurso natural que más fuertemente ha visto afectada su calidad.

Hoy en día, el problema de la contaminación ambiental, por su impacto directo en la vida humana, es un tema de suma importancia y preocupación para diversos países y organizaciones de salud.

Si bien, existe una variada gama de contaminantes que pueden ingresar al medio ambiente, las sustancias que han generado grandes focos de contaminación y envenenamiento en comunidades aledañas, son principalmente el arsénico (As), el plomo (Pb) y el mercurio (Hg), que según la organización mundial de la salud (OMS) corresponden a elementos tóxicos abundantes en la corteza terrestre.

El arsénico, es un metaloide que ingresa al medio ambiente en forma natural, a través de la atmósfera, aguas subterráneas y aguas superficiales en una cantidad de 8.000 toneladas anuales, y también a través de la actividad humana en una cantidad aproximada de 23.600 toneladas por año, superando, de esta manera, los aportes naturales por casi tres veces. Las principales fuentes contaminantes por arsénico se ejecutan a través de la actividad minera, el uso de combustibles fósiles, pesticidas, herbicidas, desecantes y conservadores de madera (O'neill P. (1990). Arsenic. In: Heavy metáis in soils. New York, USA 83-99).

Según la OMS los países más afectados por la exposición al arsénico son Argentina, Bangladesh, Chile, China, India, México y Estados Unidos de América, en los cuales se ha estimado que al menos cuatro millones de personas han estado expuestas a niveles superiores a 50 mg/L de arsénico, lo que excede la norma de 0,01 mg/L propuesta por la OMS y adoptada por la EPA (Agencia de Protección Ambiental) a partir del año 1997 (Bundschuh J.; García, M.E. and Birkle, P. (2006). "Rural Latín America : a forgotten part of the global groundwater arsenic problem"). Resultados con animales de laboratorio indican que el As es más tóxico que el As ^Y debido a que los compuestos pentavalentes tienen menor efecto sobre las actividades enzimáticas (The National Academy of Sciences, 1999, Arsenic in drinking water. National Academy Press, Washington).

La toxicidad que manifiesta el arsénico se debe principalmente a la inhibición de enzimas que contienen sulfhidrilo, que se encuentran en la queratina, es por tal motivo, que después de 2 a 4 semanas de exposición continua al arsénico, se pueden encontrar en el cabello, las uñas y la piel, siendo el arsénico el único metal que muestra una clara afinidad por este tipo de tejido, en especial la piel. A su vez, ha sido demostrado que el arsénico se puede acumular y penetrar la piel humana y que la absorción dérmica a través de piel humana depende en gran medida de su especiación, de este modo, al ser el As ¹¹¹ más liposoluble que el As ^Y , puede ingresar con mayor velocidad, por lo tanto, puede absorberse de forma más rápida por la piel (Ouypornkochagorn, Feldmann. 2010. Dermal uptake of arsenic through human skin depends strongly on its speciation. Environ Sci Technol. May 15; 44(10):3972-8. doi: 10.1021/es903667y).

Las vías más comunes de exposición al arsénico son la ingestión y la inhalación. La exposición dérmica es más relevante en poblaciones asentadas sobre territorios con datas geológicas de arsénico, como por ejemplo Antofagasta, Chile.

El plomo es un metal pesado que se encuentra ampliamente distribuido en el ambiente. La mayor parte proviene de actividades como la minería, manufactura industrial y de quemar combustibles fósiles. El plomo tiene muchos usos diferentes. Se usa en la fabricación de baterías, municiones, productos de metal (soldaduras y cañerías) y en láminas de protección contra los rayos X. Debido a inquietudes sobre salud pública, la cantidad de plomo en pinturas y cerámicas y en materiales para calafatear y soldar se ha reducido considerablemente en los últimos años. El uso del plomo como aditivo para gasolina se prohibió el año 1996 en los Estados Unidos. (Corey, G. Plomo. México, ECO/OPS. 1989, Serie de Vigilancia 8. 103 p.).

La precipitación del plomo atmosférico en las aguas representa una fuente de contaminación de la flora y la fauna. Los contenidos naturales de plomo en agua varían de 0,5 a 1 μg/L. En aguas contaminadas por el hombre los niveles pueden variar ampliamente sobrepasando a veces el valor límite establecido por la OMS (50 μg/L). Las formas habituales del plomo en agua son carbonatos y sulfates, que tienden a ser insolubles en ella pero que son bioacumulados por organismos acuáticos. El plomo depositado en el suelo proviene principalmente del aire y es responsable del contenido de plomo en el polvo de las calles y de los hogares, que está en contacto principalmente con la piel de las personas. (Corey, G. Plomo. México, ECO/OPS. 1989, Serie de Vigilancia 8. 103 p.).

El plomo puede ser inhalado y absorbido a través del sistema respiratorio o ingerido y absorbido por el tracto gastrointestinal; la absorción percutánea del plomo inorgánico es mínima, pero el plomo orgánico sí se absorbe bien por está vía. Luego de la absorción, el plomo se distribuye en compartimentos, en primer lugar circula en sangre unido a los glóbulos rojos, el 95% del plomo está unido al eritrocito, luego se distribuye a los tejidos blandos como hígado, riñon, médula ósea y sistema nervioso central que son los órganos blanco de toxicidad, luego de 1 a 2 meses el plomo difunde a los huesos donde se bioacumula (Melinda M. Valdivia Infantas. Intoxicación por plomo. Rev. Soc. Per. Med. Inter. 18(1) 2005).

El mecanismo tóxico del plomo está dado por tres modalidades: una es compitiendo con los metales esenciales, especialmente el calcio y el zinc en sus sitios de inserción; otra es mediante su afinidad por los grupos sulfhidrilos (-SH) de las proteínas, lo que significa alteración de la forma y de la función de ellas, y dado que numerosas proteínas -entre ellas diversas enzimas- poseen grupos -SH, las alteraciones fisiológicas pueden ser muy generalizadas en el organismo; finalmente, también actúa alterando el transporte de iones esenciales. Su poder inhibidor de numerosas enzimas se constituye en el fundamento de los diversos efectos tóxicos que se reflejan en la clínica y el laboratorio. De esto, la expresión bioquímica y clínica más ampliamente reconocida y estudiada es la alteración de la síntesis del grupo hemo, en el proceso hematopoyético. Numerosos tejidos y parénquimas son afectados por el plomo. Uno de los sistemas afectados de mayor interés es el nervioso central, en donde el daño por el plomo en niños genera alteraciones psicológicas y conductuales. El daño a las neuronas es directo y se acompaña de un déficit importante en su metabolismo energético. En el sistema nervioso periférico se produce desmielinización segmentaria y degeneración axonal; la polineuropatía difusa resultante puede evolucionar a parálisis de algunos nervios. Hay evidencias de que el plomo puede tener efectos carcinogénicos, genotóxicos y teratogénicos en el hombre (Corey, G. Plomo. México, ECO/OPS. 1989, Serie de Vigilancia 8. 103 p.).

El mercurio es un elemento que está presente de forma natural en la corteza terrestre, puede provenir de la actividad volcánica, la erosión de las rocas o la actividad humana. Esta última es la principal causa de las emisiones de mercurio, procedentes sobre todo de la combustión de carbón en centrales eléctricas, calefacciones y cocinas, de procesos industriales, de la incineración de residuos y de la extracción minera de mercurio, oro y otros metales. (Gaioli, et al., Impacto del mercurio sobre la salud humana y el ambiente, Arch Argent Pediatr 2012; 110(3):259-264 / 259).

El ingreso del mercurio es por las vías respiratoria, digestiva y cutánea. La vía respiratoria es por inhalación. En salud ocupacional esta vía es la más importante y, tanto el mercurio elemental como el inorgánico y sus compuestos, puede ingresar por inhalación y alcanzar la sangre con una eficiencia del 80%. La vía digestiva es por ingestión. En el tracto gastrointestinal, el mercurio inorgánico se absorbe en cantidad menor a 10,01%, probablemente por su incapacidad de reacción con moléculas biológicamente importantes, al formar macromoléculas que dificultan su absorción y porque pasa por un proceso de oxidación. Los compuestos inorgánicos de mercurio (sales) se absorben entre 2 y 15%, dependiendo de su solubilidad. Mientras que, en contraste, la absorción de los compuestos orgánicos por esta vía es 95%, independiente de si el radical metilo está unido a una proteína o no. La vía cutánea es por contacto. Se ha descrito casos de intoxicación por aplicación tópica de compuestos que contenían metilmercurio. Sin embargo, no está demostrado que esta vía tenga un papel importante en la exposición ocupacional, comparada con las otras (Augusto V Ramírez. Intoxicación ocupacional por mercurio. An Fac med. 2008;69(1):46-51).

Tras la inhalación o ingestión de distintos compuestos de mercurio o tras la exposición cutánea a ellos se pueden observar trastornos neurológicos y del comportamiento, con síntomas como temblores, insomnio, pérdida de memoria, efectos neuromusculares, cefalea o disfunciones cognitivas y motoras. En trabajadores expuestos durante varios años a niveles atmosféricos de al menos 20 μg/m de mercurio elemental, se pueden observar signos subclínicos leves de toxicidad para el sistema nervioso central. Se han descrito efectos en los ríñones que van de la proteinuria a la insuficiencia renal. (OMS. El mercurio y la salud. Centro de prensa. Septiembre de 2013. Nota descriptiva N°361).

Respecto a lo anteriormente descrito del arsénico, plomo y mercurio, en la actualidad no se cuenta con un método realmente efectivo para la disminución de sus toxicidades, debido la alta movilidad y cambios químicos de estos metales pesados en el ciclo ambiental.

Dado que no existe tratamiento curativo, para controlar la enfermedades provocados por contaminación con arsénico, plomo y mercurio, el énfasis debe estar puesto en la prevención, particularmente en prevenir la ingesta, contacto o absorción de arsénico presente en el ambiente por parte de los individuos potencialmente expuestos a ello.

De acuerdo a lo que se describe en la solicitud de patente de invención chilena N° 965-2012, se han desarrollado numerosas técnicas para la remoción de arsénico del agua. Las tecnologías de remoción de arsénico se pueden dividir en cuatro grupos principales, ellos son:

1. - Oxidación/precipitación: en que la oxidación puede ser con aire o química. Esta metodología se caracteriza por ser simple, de bajo costo, permite la remoción de arsénico in situ y oxida otros compuestos orgánicos e inorgánicos. A su vez, la oxidación química permite la eliminación de microbios. Aunque esta metodología presenta la desventaja de remover solamente As ^Y y requiere un proceso complementarlo de precipitación.

2. - Coagulación/Coprecipitación: esta técnica abarca la coagulación con aluminio, la coagulación con hierro, y ablandamiento con cal. Esta metodología ofrece la ventaja de la gran disponibilidad de reactivos químicos. Pero, una gran desventaja de este método es la producción de lodos potencialmente tóxicos, baja eficiencia en la remoción de arsénico y requiere generalmente de etapas previas, como sedimentación y filtración. 3. - Técnicas de Membrana: abarca técnicas de nanofiltración, osmosis inversa y electrodiálisis. Esta tecnología permite una alta capacidad de remoción, no produce desechos sólidos tóxicos, y se pueden remover otros contaminantes diferentes de arsénico. La desventaja de las técnicas relacionadas con membranas, es la gran pérdida de agua, los altos costos de operación y alta tecnología de mantención.

4. - Técnicas de sorción: estas técnicas son de alta eficiencia de remoción de contaminantes y pueden ser realizadas con alúmina activada, óxidos de hierro o resinas de intercambio iónico.

En el estado de la técnica se conocen lagunas técnicas para la descontaminación medioambiental de fuentes contaminadas con metales pesados, tales como plomo y mercurio, además de arsénico, pero, ningún documento que forma parte del estado de la técnica describe una composición natural y biodegradable, altamente efectiva en la quelación de arsénico, plomo y mercurio. Así se tiene que el documento chino CN 101503255, describe una tecnología de tratamiento de la contaminación de cuerpos de agua contaminados por mercurio, plomo, cadmio, cobre, cromo, arsénico y otros metales pesados, mediante la utilización de un agente de floculación de sedimentación multi-compuesto. Dicho agente de floculación decantación multi-compuesto se forma mediante la preparación de sal de hierro, sal de aluminio, permanganato de potasio, poliacrilamida y otras soluciones.

Por otra parte, también se encuentra el documento europeo EP 1046390, el cual describe una composición acuosa adecuada para la eliminación de metales, iones metálicos, sales metálicas, suciedad ambiental y el sebo desde el cabello, la cual comprende: un dispersante aniónico; una cantidad eficaz de un agente reductor; una cantidad eficaz de un agente quelante; una cantidad eficaz de un inhibidor sarro; una cantidad eficaz de un agente gelificante; una cantidad eficaz de un componente tensoactivo seleccionado del grupo que consiste en tensoactivos amónicos y anfóteros; y el resto es agua.

También se conoce en el estado de la técnica algunos métodos y composiciones tendientes a descontaminar aguas que contienen arsénico, pero, ninguna de ellas actúa como un agente secuestrante que pueda estar en contacto directo con el cuerpo humano. Así se tiene que la solicitud de patente de invención chilena N° 965-2012, presenta un medio sorbente para la remoción selectiva de contaminantes del agua, particularmente arsénico, dicho medio sorbente consiste en un material de soporte de acrílico residual recubierto con óxidos de hierro de características ferromagnéticas, en donde los óxidos metálicos son generados a través de un tratamiento térmico de oxidación y el soporte acrílico comprende residuos o deshechos de planchas acrílicas para diferentes usos como publicidad, construcción, vitrinas comerciales o decoración. El producto de la mezcla genera una pasta espesa, la cual se deja secar, para después triturar y tamizar la fracción útil que comprende un tamaño de partícula entre 0,425 y 1,0 mm. Luego, se lava con agua desionizada para sacar el exceso de sales de fierro.

Por otra parte, la publicación china CN 102614841 describe un método para la eliminación de arsénico de un cuerpo de agua mediante el uso de permanganato de potasio (KMn04) en cáscaras de huevo modificadas. El método comprende preparar cáscaras de huevo modificadas, en donde se adiciona entre 1,5 a 2,5 g de cáscaras de huevo, tratadas previamente, en 100 mi de 0,01 a 0,05 mol/1 de disolución de KMn04, agitando de 10 a 20 horas, y el secado a una temperatura de entre 75 y 125 °C para obtener las cáscaras de huevo modificadas. El tratamiento previo de las cáscaras de huevo consiste en lavado de las cáscaras de huevo, la eliminación de las membranas adheridas a las paredes internas de las cáscaras de huevo, secado a una temperatura de entre 75 y 125 °C, molienda y tamizado y con un tamiz de 60 mesh. Para retirar el arsénico se procede a la adición de 0,50 a 1,0 g de cáscaras de huevo modificados en 100 mi de 50 ppb de arsénico que está contenido en aguas residuales, agitando a temperatura normal y a una frecuencia de 135 a 145 rpm durante 5 a 24 horas.

Así también se tiene que el la patente US 7.378.372 describe un sorbente para la eliminación de al menos un contaminante, que puede ser arsénico, desde un fluido, dicho sorbente está comprendido por un primer carbono activado modificado, el cual contiene una pluralidad de partículas de óxido de metal hidratado sustancialmente dispersas en el mismo, y cuya capacidad para eliminar arsénico es significativamente mayor en comparación a un segundo sorbente que comprende un carbón activado modificado por un método de precipitación directa el que contiene una pluralidad de partículas de óxido metálico hidratado. También existe en el estado de la técnica información que describe métodos o productos que comprenden zeolita o quitosano, como un componente más para el tratamiento de aguas contaminadas con metales pesados arsénico.

Así, por ejemplo, se tiene que la patente china CN 100419055 describe un jabón de quitosano, el cual comprende entre 0,05% y 12%, en peso, de quitosano o un derivado de él, ambos solubles en agua. Este jabón de quitosano, es un producto de baja irritación de la piel, buen poder de limpieza en general, puede mantener con eficacia la humedad de la piel y retrasa el envejecimiento de la piel. Las personas que se lavan o duchan con jabón de quitosano pueden formar complejos de metales pesados en la superficie del cuerpo, evitando la contaminación dérmica.

Así también, la patente norteamericana US 6.638.918, describe una composición que comprende quitosano en forma de una retícula de nanofibras que tiene un espacio intersticial de al menos 80%. En donde el quitosano tiene una superficie específica de al menos 100 m ² /g, un grado de cristalinidad inferior a 1% y es soluble en soluciones acuosas que tienen un pH entre 1 y 6,3. Dicha composición puede ser utilizada en el cuidado del cabello; para el aseo personal proporcionando ventajas hidratantes; para el control del mal olor; en la inhibición de la contaminación microbiana; para el cuidado de la boca o la dentadura incluyendo la mejora del estado de salud general de encías y dientes; como floculante, coagulante o quelante en la purificación de agua y bebidas; como secuestrante de metales; y como vehículo para el suministro de medicamentos.

En relación a la zeolita, la patente norteamericana US 5.409.627, describe una composición detergente particulada blanqueadora, la cual incluye: (a) 15 a 50%, en peso, de un sistema surfactante orgánico cristalino; (b) 10 a 80%, en peso, de un alumino silicato que comprende una zeolita P teniendo una razón de silicio a aluminio no superior a 1,33 (zeolita MAP); (c) un sistema de blanqueo que comprende un compuesto de blanqueo de peróxido en una cantidad de 5 a 35% en peso, y un catalizador de blanqueo en una cantidad de 0,02 a 0,08% en peso, comprendiendo una fuente de iones de Mn y/o Fe y un ligando que es un compuesto macrocíclico orgánico. Así entonces, no existe y tampoco se sugiere, en el estado de la técnica, una composición química biodegradable con efecto quelante de plomo, mercurio y arsénico en agua, o en otra fuente o cuerpo contaminado, tal como la que se describe en la presente invención, la cual confiere una solución preventiva a la exposición dérmica, la que puede ser utilizada en productos de limpieza ligados a actividades cotidianas, asociadas a la higiene y/o al cuidado personal, los que poseerán propiedades de disminuir el efecto tóxico del plomo, mercurio y arsénico proveniente del agua de cocina, ducha, lavamanos y lavaplatos.

La composición descrita en la presente invención, es una sustancia inocua, natural y biodegradable, altamente efectiva en la quelación de arsénico, plomo y mercurio. Esta sustancia se puede asociar sin dificultades ni pérdidas de efectividad a productos de higiene, limpieza y cuidado personal como jabón en barra, jabón líquido, shampoo, pasta de dientes, cremas, lavaloza, detergente de ropa, detergente de frutas y verduras y otros productos.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

Para una mejor comprensión de la presente invención, se debe entender que por "% en masa" se refiere a la medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo, de este modo no se usa el concepto de "peso", que es una medida de la fuerza que es causada sobre el cuerpo por el campo gravitatorio.

Para la presente invención, cuando se menciona "cáscara de huevo", se debe entender que se incluyen todos los huevos provenientes de todo tipo de aves, aunque por su gran población, domesticación y uso alimenticio e industrial, será más común el huevo de gallina.

La presente invención está referida a una composición química biodegradable con efecto quelante del arsénico, plomo y mercurio que se encuentra presente en el ambiente (agua, aire y suelo) y pueda tener contacto con la piel de las personas o alimentos consumidos por personas. Dicha composición está comprendida por: (i) 20% a 30%, en masa, de quitosano Poli-D-glucosamina; (ii) 40% a 60%, en masa, de zeolita natural; y (iii) 20% a 30%, en masa, de membrana de cáscara de huevo. Investigaciones ya conocidas han demostrado que ya se han utilizado, en forma independiente uno de otro, algunos de los componentes que forman parte de la composición descrita en la presente invención, en el tratamiento de aguas contaminadas con arsénico, plomo y mercurio. Pero no se ha desarrollado, hasta la fecha, alguna composición que comprenda los tres componentes ya mencionados, los que a través de un efecto sinérgico, potencian su acción como agente quelante de arsénico, plomo y mercurio.

En forma preferida, la composición química biodegradable está comprendida por: (i) 25%, en masa, de quitosano Poli-D-glucosamina; (ii) 50%, en masa, de zeolita natural; y (iii) 25%, en masa, de membrana de cáscara de huevo.

Se debe señalar que el primer componente de la composición, quitosano Poli-D- glucosamina, es un polisacárido natural que se obtiene de la N-desacetilación catalítica de la quitina, dando lugar a una macromolécula que contiene unidades D-glucosamina y unidades de N-acetil-D-glucosamina. En el caso particular de la presente invención se prefiere quitosano Poli-D-glucosamina con un grado de desacetilación entre 70% y 95%), preferentemente un grado de desacetilación de 95%. La desacetilación es un tratamiento alcalino a altas temperaturas en que se somete a la quitina para obtener quitosano. Sobre el 50% de desacetilación y bajo el 95% de desacetilación se obtiene quitosano. El grado de desacetilación identifica la relación relativa de grupos amino activos en el polímero de quitosano, de este modo, mientras mayor el grado de desacetilación, mayor es la retención de metales o metaloides.

Las zeolitas son una familia de minerales aluminosilicatos hidratados altamente cristalinos. En sí mismo, la zeolita es una roca mineral compuesta de aluminio, silicio y oxígeno. Se encuentra en una amplia variedad de regiones del mundo donde la actividad volcánica prehistórica ocurrió cerca del agua, o donde el agua ha estado presente por milenios desde las erupciones. La zeolita fue descubierta el año 1756 por el mineralogista sueco Barón Axel Fredrick Cronstedt. Su estructura forma cavidades ocupadas por iones grandes y moléculas de agua con gran libertad de movimiento, lo que permite que los iones adsorbidos en los canales internos de la misma, puedan ser intercambiados. La zeolita tiene una porosidad natural debido a que tiene una estmctura cristalina con ventanas, jaulas, y superj aulas. Las zeolitas naturales tienen ventanas de tamaño limitado ("tamaño de poro") y todas son hidrofílicas (tienen afinidad por el agua). Existen alrededor de 40 zeolitas naturales conocidas en el mundo, de ellas sólo siete pueden usarse en alguna aplicación industrial, ellas son: clinoptilolita, que es la de mayor aplicación industrial; mordenita; chabazita; erionita; ferrierita; phillipsita; y analcima. También se han desarrollado algunas zeolitas sintéticas con características hidrofóbicas que tienen afinidad por los compuestos orgánicos y con poca o ninguna afinidad por el agua. La zeolita puede adsorber moléculas en su gran área interna, siempre que puedan pasar por las ventanas o poros. Se puede usar la zeolita como un tamiz molecular debido a que tiene un tamaño de ventana (o poro) uniforme. Por otra parte, la zeolita es metaestable, esto quiere decir que es estable siempre que se mantenga a una temperatura y a un pH adecuados. Dentro de este rango, no se ve afectada por oscilaciones grandes de temperatura, presión, o radiación ionizante. La zeolita natural existe como una roca natural, y puede alcanzar el tamaño de una roca grande. Sin embargo, los cristales de zeolita sintetizada siempre miden menos de un milímetro, esto se debe a que estos cristales crecen muy lentamente. En este aspecto las zeolitas naturales pueden y deben ser consideradas como materiales con propiedades físicas y químicas susceptibles de modificación, favoreciendo el diseño y desarrollo de nuevos materiales y tecnologías.

En la presente invención, para formar la composición química biodegradable con efecto quelante del arsénico, plomo y mercurio, la zeolita que se empleará es clinoptilolita-mordenita. La clinoptilolita-mordenita es la zeolita natural más abundante en la naturaleza y posee una alta capacidad de intercambio catiónico y una gran afinidad por los iones H ₄ ⁺ . La clinoptilolita, como otras zeolitas, tiene una estructura similar a una jaula, consistiendo en tetraedros de Si0 ₄ y A10 ₄ unidos por átomos de oxígeno compartidos. Las cargas negativas de las unidades de A10 ₄ se equilibran con la presencia de cationes intercambiables, notablemente calcio, magnesio, sodio, potasio y hierro. Estos iones pueden ser desplazados por otras sustancias, por ejemplo metales pesados e iones de amoníaco. Este fenómeno se conoce como intercambio catiónico, y es esta capacidad de la clinoptilolita la que le otorga ventajosas propiedades.

La cáscara de huevo, constituye la cubierta protectora del huevo, la pared que le defiende de la acción de los agentes externos, y el medio a través del cual pueden realizarse intercambios gaseosos y líquidos con el ambiente que le rodea. La cáscara representa entre el 9% al 12% del peso del huevo; y se compone principalmente de sustancias minerales, entre las cuales el carbonato de calcio (94%) es una de las más importantes como componente estructural. Existen otros principios minerales en la cáscara, pero en cantidades muy reducidas, tales como el fosfato tricálcico y el carbonato de magnesio. La cáscara de huevo es porosa (puede contener entre 7.000 a 17.000 poros) y no es impermeable, por lo tanto, actúa como un verdadero revestimiento.

En la cáscara de cualquier tipo de huevo, existen 2 membranas intersticiales o fárfaras, que sirven como capa protectora ante microorganismos, para cubrir la clara y separarla de la cáscara, y al mismo tiempo coadyuvan a la fijación de los distintos elementos que integran el huevo. Existen dos fárfaras: la externa y la interna. La fárfara externa reviste interiormente la cáscara, mientras que la interna envuelve la clara. Ambas se quedan en contacto, salvo a nivel de la cámara de aire situada al extremo ancho del huevo. Dichas membranas intersticiales o fárfaras están constituidas de fibras proteicas de tipo colágeno, las fárfaras actúan como una barrera mecánica de tipo membrana filtrante de alta eficacia. Además, estas fárfaras poseen una acción antibacteriana como consecuencia del contenido de lisozima. Ambas fárfaras ofrecen una permeabilidad variable, a fin de permitir la respiración y la prolongación de la vida en la célula-huevo. Las dos fárfaras son de naturaleza fibrosa, y se encuentran en íntimo contacto al iniciarse la vida externa del huevo, una vez puesto; pero más tarde, en la zona correspondiente al polo mayor del producto, se van separando, y el espacio comprendido entre ambas membranas constituye lo que se llama cámara de aire, cuyo volumen aumenta con los días a partir del momento de la puesta del huevo, y como consecuencia del intercambio gaseoso que se realiza entre él y el medio ambiente (Revista Cubana Aliment Nutr 2009; 19(1 Supl):S84-S102. Dr. Se. Jesús Valdés Figueroa).

Las cáscaras de huevos, generalmente, se consideran como un desperdicio o residuo sólido procedente de diversos campos técnicos, como por ejemplo, de las plantas de incubación de huevos, de las industrias que procesan los huevos para otros fines (repostería, mayonesas y salsas), por mencionar algunas, y las cuales, simplemente constituyen un desperdicio del cual hay que librarse. En el presente caso, las investigadoras e inventoras de la invención, por medio de los trabajos de investigación y desarrollo realizados con los diversos componentes de la cáscara de huevo, han logrado aprovechar un componente, que en otro tipo de industria puede ser un desecho, como agente primordial y con un valor agregado, para ayudar en la quelación de un contaminante presente en agua y otorgar un beneficio a la salud humana.

Para el caso de la presente invención, la cáscara de huevo es sometida a un pretratamiento con 10% de ácido clorhídrico (HC1). Dicho pretratamiento se inicia con el lavado con abundante agua destilada de una cantidad de entre 300 y 500 gramos de cáscaras de huevo, luego, las cáscaras de huevo lavadas se sumergen en un medio con 10% de HC1 al 37%. Pasado entre 14 a 18 horas, una vez que se haya degradado la mayoría del carbonato de calcio de la cáscara, se elimina el ácido del recipiente contenedor y se separa las membranas del resto de las cáscaras del huevo en donde no se haya degradado por completo el carbonato de calcio. Posteriormente, se lava las membranas con abundante agua destilada. A continuación, se dejan secar las membranas en una estufa de aire regulado a una temperatura de 80 °C durante 4 a 5 horas. Finalmente, se muele la membrana de cáscara de huevo hasta llegar a una granulometría de 0,2 mm.

La composición química biodegradable con efecto quelante del arsénico, plomo y mercurio que se encuentra presente en agua, piel y alimentos, como ya se mencionó, está comprendida, en forma preferente, por: (i) 25%, en masa, de quitosano Poli-D- glucosamina con Grado desacetilación 95%; (ii) 50%, en masa, de zeolita clinoptilolita- mordenita; y (iii) 25%, en masa, de membrana de cáscara de huevo pretratada con 10% de HC1 (37%>). Por lo tanto, para obtener 100 g de dicha composición, se masan, en una balanza analítica, por separado 25 g de quitosano Poli-D-glucosamina con grado desacetilación 95%, 50 g de zeolita del tipo clinoptilolita-mordenita y 25 g de membrana de cáscara de huevo pretratada con el procedimiento descrito en el párrafo anterior. Finalmente, se mezclan todas las sustancias hasta alcanzar una mezcla homogénea. Dicha composición química biodegradable con efecto quelante del arsénico, plomo y mercurio , se encuentra disponible, preferentemente, en un estado sólido, particularmente, en estado granular. No obstante, también puede ser diluida en un medio líquido adecuado y disponerse en estado líquido.

La composición química biodegradable con efecto quelante del arsénico, plomo y mercurio, tal como se describe en la presente invención, posee un potente efecto sinérgico entre los tres componentes en la reducción de arsénico, plomo y mercurio, pues, de ensayos realizados en agua con presencia de arsénico, plomo y mercurio en donde dicha agua fue tratada con cada uno de los componentes de manera independiente o con combinación de dos de ellos, tal como se muestra en la tabla N° 1, se pudo comprobar que la composición de la invención, que comprende a los tres componentes, muestra porcentajes de reducción muy superiores que cada componente por sí solo.

Tabla 1. Porcentaje de reducción de arsénico, plomo y mercurio de los distintos componentes, solos o en mezclas, utilizados para generar la composición de la invención y porcentaje de reducción de la composición de la invención.

Las ventajas que presenta la composición química biodegradable de la invención siguientes:

Inocua para la salud de los seres vivos. No afecta negativamente la supervivencia y desarrollo de la especie de pez Danio rerio, según pruebas y datos obtenidos en el laboratorio de bioensayos, del edificio Milenio de la Universidad de Chile, y de las microalgas Chlamydomonas reinhardtü, según pruebas y datos obtenidos en el laboratorio de Cyra consultora Ltda. En las tablas N° 2 y N° 3, se entregan resultados de bioensayos de toxicidad para semillas de lechuga y microalgas, en donde se demuestra la inocuidad de la composición de la presente invención.

• Secuestra sobre el 75% de arsénico en agua, disminuyendo significativamente la toxicidad de este metaloide. Datos obtenidos de la empresa Hydrolab que cumple con la NCh. 17.025 y que se resumen en la Tabla 1.

• Secuestra sobre el 99% de plomo en agua, disminuyendo significativamente la toxicidad de este metal pesado. Datos obtenidos de la empresa Hydrolab que cumple con la NCh. 17.025 y que se resumen en la Tabla 1.

• Secuestra sobre el 98% de mercurio en agua, disminuyendo significativamente la toxicidad de este metaloide. Datos obtenidos de la empresa Hydrolab que cumple con la NCh. 17.025 y que se resumen en la Tabla 1.

• Deriva de compuestos naturales orgánicos e inorgánicos y es amigable con el medio ambiente, ya que es biodegradable y la cáscara de huevo es obtenida de empresas que la desechan, tal como pastelerías.

• Se puede asociar a productos de higiene, limpieza y cuidado personal sin perder su efectividad, siendo ésta una ventaja higiénica y comercial altamente relevante e innovadora.

Tabla 2. Bioensayo de toxicidad aguda con semillas de Lechuga en un medio de agua destilada (grupo control) o con los respectivos tratamientos.

Tabla 3. Bioensayo de toxicidad aguda con microalgas en el medio TAP (grupo control) o con los respectivos tratamientos.

En relación a la última de las ventajas antes señaladas (asociación a productos de higiene, limpieza y cuidado personal sin perder su efectividad), efectivamente, la composición química biodegradable con efecto quelante del arsénico, plomo y mercurio, puede ser incorporada en productos de higiene, limpieza y cuidado personal, sin que se pierdan o disminuyan sus propiedades quelantes de arsénico, plomo y mercurio. Así entonces, la composición de la invención puede ser parte de productos de higiene, limpieza y/o cuidado personal, tal como jabón en barra, jabón líquido, gel de ducha, shampoo, acondicionador de cabello, pasta de dientes, enjuague bucal, toallitas húmedas desechables para limpieza de superficies duras, toallitas húmedas desechables para limpieza del cuerpo, lavaloza, detergente de ropa, detergente desinfectante de frutas y verduras, crema para el cuidado de la piel, crema bloqueadora solar, es decir, la composición de la invención puede ser parte de todos aquellos productos de uso diario o común en que los seres humanos pueden tener contacto directo con ambientes con presencia de arsénico, plomo o mercurio. Así se tiene que los jabones (en barra y líquido) y el shampoo se ocuparán en los baños de agua diarios de las personas; la pasta de diente en la higiene bucal y sus enjuagues correspondientes, las cremas (para el cuidado de la piel y bloqueadora solar) en el uso diario y constante y su contacto con agua cada vez que se realiza un aseo de manos y/o rostro; toallitas húmedas desechables para limpieza de superficies duras o para el cuerpo humano cuando sea necesario y en lavaloza por el contacto directo que se tendrá con el agua ocupada al momento del lavado. El listado anterior de productos no puede ser considerado como una limitante para la presencia de la composición de la invención, ella puede estar presente en todos los productos de higiene, limpieza y/o cuidado personal conocidos o en aquellos que se puedan preparar en el futuro.

De todo lo anterior, entonces, también es parte de la invención todo aquel producto de higiene, limpieza y/o cuidado personal que comprenda los componentes propios de cada producto (tensoactivos, agua, aceites, solubilizantes, conservantes, emolientes, espesantes, glicerina, vaselina, vehículo, colorantes, aromatizantes, exfoliantes, filtros UV, compuestos químicos específicos, etc.) y la composición química biodegradable con efecto quelante del arsénico descrita en la presente invención.

Así entonces, se tiene un producto de higiene o limpieza personal, que está comprendido por: (i) entre un 99,5 % y 70%, en masa, de una composición que comprende un agente tensoactivo y otros agentes higiénicos complementarios; y (ii) entre un 0,5% y 30%, en masa, de la composición química biodegradable con efecto quelante de arsénico, plomo y mercurio descrito en la presente invención.

En donde el producto de higiene o limpieza personal, puede ser, jabón en barra, jabón líquido, shampoo, acondicionador de pelo, gel exfolíente de ducha, desinfectante de verduras, pasta de dientes, enjuague bucal, lavaloza o detergente de ropa. Dichos productos comprenden una composición que comprende un agente tensoactivo y otros agentes higiénicos complementarios, entre estos últimos se pueden encontrar: agua, aceites, solubilizantes, conservantes, emolientes, espesantes, colorantes, aromatizantes, exfoliantes, filtros UV, antisépticos, nacarantes, reguladores de pH y compuestos químicos específicos. Como ya se ha señalado, el producto de higiene o limpieza personal, además, comprende la composición química biodegradable con efecto quelante de arsénico en agua descrito previamente en la presente invención.

También se tiene un producto para el cuidado personal, comprendido por: (i) entre un 99,5% y 70%, en masa, de una composición que comprende una emulsión base y otros ingredientes complementarios; y (ii) entre un 0,5% y 30%, en masa, de la composición química biodegradable con efecto quelante de arsénico, plomo y mercurio descrito en la presente invención. En donde el producto para el cuidado personal, puede ser, crema para el cuidado de la piel o crema bloqueadora solar. Dichos productos comprenden una composición que comprende una emulsión base formada por agua y aceite o agua y silicona, y otros ingredientes complementarios, entre estos últimos se pueden encontrar: emulsificantes, conservantes, emolientes, espesantes, colorantes, aromatizantes, exfoliantes, filtros UV, antisépticos, reguladores de pH y otros compuestos químicos específicos. Como ya se ha señalado, el producto para el cuidado personal, además, comprende la composición química biodegradable con efecto quelante de arsénico, plomo y mercurio, descrito previamente en la presente invención.

El alcance de la composición química biodegradable con efecto quelante de arsénico, plomo y mercurio, descrita en la presente invención, no debe limitarse sólo a los productos mencionados en el texto mismo, sino que ella abarca todo aquel producto quelante de arsénico, plomo y mercurio, o procedimiento destinado quelar o secuestrar arsénico, plomo y mercurio, en donde se incluya o se utilice la composición ya descrita.