Evaluación de la biodegradabilidad de disolventes verdes empleados en la síntesis de polímeros

Abstract

El presente estudio evalúa el potencial de biodegradación de tres disolventes verdes, γvalerolactona (GVL), dimetil isosorbide (DMI) y dimetilsulfóxido (DMSO), en comparación con N-metil-2-pirrolidona (NMP), un disolvente convencional restringido por la normativa REACH debido a su toxicidad. Se aplicaron metodologías estandarizadas (OECD 301B para condiciones aeróbicas y OECD 311 para condiciones anaeróbicas) con el objetivo de determinar su viabilidad ambiental en el contexto de su uso en la síntesis de membranas poliméricas. Los ensayos de biodegradabilidad revelaron un comportamiento diferenciado entre los disolventes analizados. Bajo condiciones anaerobias, el DMSO y la GVL mostraron altos porcentajes de biodegradabilidad (108% y 79%, respectivamente), mientras que el NMP y el DMI presentaron valores inferiores al 7%, evidenciando una limitada degradación anaerobia. Por otro lado, en condiciones aerobias, el NMP y la GVL alcanzaron una biodegradabilidad superior al 60%, considerada como "fácilmente biodegradable" según criterios OECD, destacando el GVL como una alternativa destacada por su buen rendimiento en ambos ambientes. El DMSO y el DMI mostraron una biodegradación mínima bajo condiciones aeróbicas. Los resultados demuestran que no todos los disolventes verdes son inherentemente biodegradables y subrayan la importancia de realizar evaluaciones ambientales completas antes de su implementación. El GVL se posiciona como un disolvente promisorio para reemplazar al NMP en aplicaciones industriales, ofreciendo una combinación de bajo impacto tóxico y alta biodegradabilidad. Esta investigación contribuye al desarrollo de procesos más sostenibles alineados con los principios de la química verde y la economía circular.

This study evaluates the biodegradation potential of three green solvents, γ-valerolactone (GVL), dimethyl isosorbide (DMI), and dimethyl sulfoxide (DMSO), in comparison with Nmethyl-2-pyrrolidone (NMP), a conventional solvent restricted by REACH regulations due to its toxicity. Standardized methodologies (OECD 301B for aerobic conditions and OECD 311 for anaerobic conditions) were applied to determine their environmental suitability for use in polymer membrane synthesis. Biodegradability tests revealed differentiated behavior among the solvents tested. Under anaerobic conditions, DMSO and GVL showed high biodegradability percentages (108% and 79%, respectively), while NMP and DMI showed values below 7%, demonstrating limited methanogenic degradation. On the other hand, under aerobic conditions, NMP and GVL achieved biodegradability greater than 60%, considered "readily biodegradable" according to OECD criteria, with GVL standing out as a notable alternative due to its good performance in both environments. DMSO and DMI showed minimal degradation under aerobic conditions. The results demonstrate that not all green solvents are inherently biodegradable and underscore the importance of conducting comprehensive environmental assessments before implementation. GVL is positioned as a promising solvent to replace NMP in industrial applications, offering a combination of low toxic impact and high biodegradability. This research contributes to the development of more sustainable processes aligned with the principles of green chemistry and the circular economy.