EVALUACIÓN DE ORGANOARCILLAS
FUNCIONALIZADAS CON AMINOÁCIDOS
PARA LA CAPTURA REVERSIBLE DE FOSFATOS
EN AGUAS EUTROFIZADAS DEL LAGO
DE AMATITLÁN, GUATEMALA
EVALUATION OF AMINO ACID-FUNCTIONALIZED ORGANOCLAYS
FOR REVERSIBLE PHOSPHATE CAPTURE IN EUTROPHIC WATERS
FROM AMATITLÁN LAKE, GUATEMALA
Renato Rodolfo Rivera Tello
Universidad del Valle de Guatemala, Guatemala
Erick Giovanni Estrada Palencia
Universidad de San Carlos de Guatemala, Guatemala
Mauricio Valentino Rivera Tello
Universidad de San Carlos de Guatemala, Guatemala
Astrid Carolina Ubeda Contreras
Universidad de San Carlos de Guatemala, Guatemala
pág. 8128
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v10i3.24925
Evaluación de Organoarcillas Funcionalizadas con Aminoácidos para la
Captura Reversible de Fosfatos en Aguas Eutrofizadas del Lago de
Amatitlán, Guatemala
Renato Rodolfo Rivera Tello1
rrrivera@uvg.edu.gt
https://orcid.org/0009-0004-8856-267X
Centro de Estudios Agricolas y Alimentarios
Universidad del Valle de Guatemala
Guatemala
Erick Giovanni Estrada Palencia
erickestrada.gt@gmail.com
https://orcid.org/0009-0003-2631-9378
Dirección General de Investigación-DIGI-
Universidad de San Carlos de Guatemala
Guatemala
Mauricio Valentino Rivera Tello
mavert111v@gmail.com
https://orcid.org/0009-0007-8378-921X
Dirección General de Investigación-DIGI-
Universidad de San Carlos de Guatemala
Guatemala
Astrid Carolina Ubeda Contreras
astridubeda.26@gmail.com
https://orcid.org/0009-0002-1286-9531
Dirección General de Investigación-DIGI-
Universidad de San Carlos de Guatemala
Guatemala
RESUMEN
La presencia de especies fosfatadas altamente solubles en los residuos generados por la industria
agrícola y de origen antropogénico ha contribuido significativamente al desequilibrio químico de
diversos cuerpos de agua dulce en Guatemala. En esta investigación, se emplearon muestras de agua
del lago de Amatitlán —un ecosistema eutrófico— para evaluar la eficiencia de organoarcillas
funcionalizadas con aminoácidos, diseñadas para la captura y liberación reversible de fosfatos solubles.
El objetivo principal fue determinar la capacidad de estas organoarcillas para recuperar fósforo, con
miras a su reutilización como nutriente en sistemas agrícolas. Los resultados indicaron que una de las
tres variantes sintetizadas logro remover hasta un 35% de fosfatos de manera reversible, lo que las
posiciona como alternativas viables para la regeneración de nutrientes, evidenciando su potencial
aplicación en prácticas agrícolas sostenibles.
Palabras clave: arcillas, contaminación, lago, nutrientes, regeneración
1 Autor principal.
Correspondencia: rrrivera@uvg.edu.gt
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v10i3.24925
Evaluación de Organoarcillas Funcionalizadas con Aminoácidos para la
Captura Reversible de Fosfatos en Aguas Eutrofizadas del Lago de
Amatitlán, Guatemala
Renato Rodolfo Rivera Tello1
rrrivera@uvg.edu.gt
https://orcid.org/0009-0004-8856-267X
Centro de Estudios Agricolas y Alimentarios
Universidad del Valle de Guatemala
Guatemala
Erick Giovanni Estrada Palencia
erickestrada.gt@gmail.com
https://orcid.org/0009-0003-2631-9378
Dirección General de Investigación-DIGI-
Universidad de San Carlos de Guatemala
Guatemala
Mauricio Valentino Rivera Tello
mavert111v@gmail.com
https://orcid.org/0009-0007-8378-921X
Dirección General de Investigación-DIGI-
Universidad de San Carlos de Guatemala
Guatemala
Astrid Carolina Ubeda Contreras
astridubeda.26@gmail.com
https://orcid.org/0009-0002-1286-9531
Dirección General de Investigación-DIGI-
Universidad de San Carlos de Guatemala
Guatemala
RESUMEN
La presencia de especies fosfatadas altamente solubles en los residuos generados por la industria
agrícola y de origen antropogénico ha contribuido significativamente al desequilibrio químico de
diversos cuerpos de agua dulce en Guatemala. En esta investigación, se emplearon muestras de agua
del lago de Amatitlán —un ecosistema eutrófico— para evaluar la eficiencia de organoarcillas
funcionalizadas con aminoácidos, diseñadas para la captura y liberación reversible de fosfatos solubles.
El objetivo principal fue determinar la capacidad de estas organoarcillas para recuperar fósforo, con
miras a su reutilización como nutriente en sistemas agrícolas. Los resultados indicaron que una de las
tres variantes sintetizadas logro remover hasta un 35% de fosfatos de manera reversible, lo que las
posiciona como alternativas viables para la regeneración de nutrientes, evidenciando su potencial
aplicación en prácticas agrícolas sostenibles.
Palabras clave: arcillas, contaminación, lago, nutrientes, regeneración
1 Autor principal.
Correspondencia: rrrivera@uvg.edu.gt
pág. 8129
Evaluation of Amino Acid-Functionalized Organoclays for Reversible
Phosphate Capture in Eutrophic Waters from Amatitlán lake, Guatemala
ABSTRACT
The presence of highly soluble phosphate species in waste generated by agricultural and anthropogenic
activities has significantly contributed to the chemical imbalance of various freshwater water bodies in
Guatemala. In this study, water samples from Lake Amatitlán —a eutrophic ecosystem— were used to
evaluate the efficiency of amino acid-functionalized organoclays, designed for the reversible capture
and release of soluble phosphates. The main objective was to determine the capacity of these
organoclays to recover phosphorus for its potential reuse as a nutrient in agricultural systems. Results
showed that one of the three synthesized variants was capable of reversibly removing up to 35% of
phosphates, positioning these materials as viable alternatives for nutrient regeneration and highlighting
their potential application in sustainable agricultural practices.
Keywords: clays, lake, nutrients, pollution, regeneration
Artículo recibido 20 mayo 2026
Aceptado para publicación: 20 junio 2026
Evaluation of Amino Acid-Functionalized Organoclays for Reversible
Phosphate Capture in Eutrophic Waters from Amatitlán lake, Guatemala
ABSTRACT
The presence of highly soluble phosphate species in waste generated by agricultural and anthropogenic
activities has significantly contributed to the chemical imbalance of various freshwater water bodies in
Guatemala. In this study, water samples from Lake Amatitlán —a eutrophic ecosystem— were used to
evaluate the efficiency of amino acid-functionalized organoclays, designed for the reversible capture
and release of soluble phosphates. The main objective was to determine the capacity of these
organoclays to recover phosphorus for its potential reuse as a nutrient in agricultural systems. Results
showed that one of the three synthesized variants was capable of reversibly removing up to 35% of
phosphates, positioning these materials as viable alternatives for nutrient regeneration and highlighting
their potential application in sustainable agricultural practices.
Keywords: clays, lake, nutrients, pollution, regeneration
Artículo recibido 20 mayo 2026
Aceptado para publicación: 20 junio 2026
pág. 8130
INTRODUCCIÓN
La contaminación de cuerpos de agua dulce constituye uno de los problemas ambientales más críticos
a nivel mundial. Entre los contaminantes más relevantes se encuentran compuestos nitrogenados y
fosfatados, derivados principalmente de actividades agrícolas, industriales y domésticas. El exceso de
estos nutrientes provoca procesos de eutrofización, caracterizados por proliferación masiva de algas y
plantas acuáticas, disminución del oxígeno disuelto y pérdida de biodiversidad, afectando la calidad del
agua y la salud humana (Velusamy et al., 2021; Jwaideh et al., 2022).
En América Latina y Centroamérica, la gestión inadecuada de aguas residuales y el uso intensivo de
fertilizantes han incrementado la carga de nutrientes en lagos y ríos, generando ecosistemas vulnerables
a la eutrofización (Madjar et al., 2024). Este fenómeno se intensifica en regiones con baja cobertura de
plantas de tratamiento y alta presión agrícola, lo que agrava los impactos sobre la biodiversidad y los
servicios ecosistémicos.
En Guatemala, el Lago de Amatitlán es uno de los casos más representativos. Estudios recientes lo
clasifican como un ecosistema hipereutrófico, con índices de estado trófico entre 63.80 y 88.18, alta
abundancia de cianobacterias del género Microcystis y concentraciones elevadas de coliformes fecales,
lo que evidencia una severa degradación de la calidad del agua (Rodas-Pernillo & Vásquez-Moscoso,
2020).
Diversas tecnologías se han desarrollado para remover fosfatos del agua, incluyendo procesos químicos,
biológicos y físico-químicos. Sin embargo, muchos presentan limitaciones como alto consumo
energético, generación de residuos secundarios y baja eficiencia en condiciones reales (Velusamy et al.,
2021; Nadagouda et al., 2024; Luo et al., 2024). Entre las alternativas más prometedoras se encuentra
la adsorción, por su alta efectividad, simplicidad operativa y mínima producción de desechos (Usman
et al., 2022; Song et al., 2022).
La captura de nutrientes en disolución acuosa ha sido en los últimos años sujeto de estudios intensivos,
debido a la naciente necesidad de impulsar sistemas y mecanismos de cultivo y control medioambiental
de mayor eficiencia, investigaciones recientes han señalado a materiales arcillosos modificados
(modified clay minerals -mCMs- por sus siglas en inglés) como materiales de alta capacidad, en
particular su utilización en la captura de fosfatos ha sido evaluada recientemente por Bao y
INTRODUCCIÓN
La contaminación de cuerpos de agua dulce constituye uno de los problemas ambientales más críticos
a nivel mundial. Entre los contaminantes más relevantes se encuentran compuestos nitrogenados y
fosfatados, derivados principalmente de actividades agrícolas, industriales y domésticas. El exceso de
estos nutrientes provoca procesos de eutrofización, caracterizados por proliferación masiva de algas y
plantas acuáticas, disminución del oxígeno disuelto y pérdida de biodiversidad, afectando la calidad del
agua y la salud humana (Velusamy et al., 2021; Jwaideh et al., 2022).
En América Latina y Centroamérica, la gestión inadecuada de aguas residuales y el uso intensivo de
fertilizantes han incrementado la carga de nutrientes en lagos y ríos, generando ecosistemas vulnerables
a la eutrofización (Madjar et al., 2024). Este fenómeno se intensifica en regiones con baja cobertura de
plantas de tratamiento y alta presión agrícola, lo que agrava los impactos sobre la biodiversidad y los
servicios ecosistémicos.
En Guatemala, el Lago de Amatitlán es uno de los casos más representativos. Estudios recientes lo
clasifican como un ecosistema hipereutrófico, con índices de estado trófico entre 63.80 y 88.18, alta
abundancia de cianobacterias del género Microcystis y concentraciones elevadas de coliformes fecales,
lo que evidencia una severa degradación de la calidad del agua (Rodas-Pernillo & Vásquez-Moscoso,
2020).
Diversas tecnologías se han desarrollado para remover fosfatos del agua, incluyendo procesos químicos,
biológicos y físico-químicos. Sin embargo, muchos presentan limitaciones como alto consumo
energético, generación de residuos secundarios y baja eficiencia en condiciones reales (Velusamy et al.,
2021; Nadagouda et al., 2024; Luo et al., 2024). Entre las alternativas más prometedoras se encuentra
la adsorción, por su alta efectividad, simplicidad operativa y mínima producción de desechos (Usman
et al., 2022; Song et al., 2022).
La captura de nutrientes en disolución acuosa ha sido en los últimos años sujeto de estudios intensivos,
debido a la naciente necesidad de impulsar sistemas y mecanismos de cultivo y control medioambiental
de mayor eficiencia, investigaciones recientes han señalado a materiales arcillosos modificados
(modified clay minerals -mCMs- por sus siglas en inglés) como materiales de alta capacidad, en
particular su utilización en la captura de fosfatos ha sido evaluada recientemente por Bao y
pág. 8131
colaboradores, encontrando resultados favorables para arcillas modificadas mediante diversas técnicas
(Bao et al., 2024).
Las organoarcillas funcionalizadas con aminoácidos han emergido como materiales innovadores para
la remoción de fosfatos. Estas combinan la estructura laminar de las arcillas con grupos funcionales
orgánicos, mejorando la afinidad por aniones fosfato. La incorporación de aminoácidos como lisina,
histidina y glicina incrementa la capacidad de adsorción y permite procesos de desorción controlada,
favoreciendo la recuperación del fósforo para su reutilización como nutriente (Unuabonah, 2017;
Yakubu & Aliyu-Paiko, 2024).
El objetivo de esta investigación fue evaluar la viabilidad de organoarcillas funcionalizadas con
aminoácidos como agentes de remediación de fosfatos en agua contaminada, utilizando muestras
representativas del Lago de Amatitlán. Se plantea la hipótesis de que estas organoarcillas permiten
reducir significativamente la concentración de fosfatos y, bajo condiciones alcalinas, liberar el fósforo
adsorbido para su aprovechamiento.
METODOLOGÍA
La presente investigación se desarrolló bajo un enfoque cuantitativo, con un diseño experimental
transversal. El objetivo fue evaluar la capacidad de adsorción y desorción de fosfatos en agua mediante
organoarcillas funcionalizadas con aminoácidos, como estrategia de remediación ambiental. El estudio
se clasifica como aplicativo y explicativo, ya que busca aplicar conocimientos químicos en la solución
de problemas ambientales, explicando los mecanismos involucrados.
Muestreo
El estudio consistió en la recolección de muestras de agua superficial del lago de Amatitlán. Se empleó
un muestreo no probabilístico por conveniencia, seleccionando puntos representativos del lago con alta
carga de nutrientes, identificados de manera previa por personal de la Autoridad del Manejo Sustentable
de la Cuenca y del Lago de Amatitlan, Guatemala -AMSA-, como puntos de monitoreo continuo los
cuales se detallan en la Figura 1.
Se tomaron 2 muestras de 3 litros por cada punto de monitoreo, la cuales fueron almacenadas en
contenedores plasticos, transportadas y almacenadas a 4°C hasta su analisis en el laboratorio, el
muestreo se realizo durante el mes de octubre de 2024.
colaboradores, encontrando resultados favorables para arcillas modificadas mediante diversas técnicas
(Bao et al., 2024).
Las organoarcillas funcionalizadas con aminoácidos han emergido como materiales innovadores para
la remoción de fosfatos. Estas combinan la estructura laminar de las arcillas con grupos funcionales
orgánicos, mejorando la afinidad por aniones fosfato. La incorporación de aminoácidos como lisina,
histidina y glicina incrementa la capacidad de adsorción y permite procesos de desorción controlada,
favoreciendo la recuperación del fósforo para su reutilización como nutriente (Unuabonah, 2017;
Yakubu & Aliyu-Paiko, 2024).
El objetivo de esta investigación fue evaluar la viabilidad de organoarcillas funcionalizadas con
aminoácidos como agentes de remediación de fosfatos en agua contaminada, utilizando muestras
representativas del Lago de Amatitlán. Se plantea la hipótesis de que estas organoarcillas permiten
reducir significativamente la concentración de fosfatos y, bajo condiciones alcalinas, liberar el fósforo
adsorbido para su aprovechamiento.
METODOLOGÍA
La presente investigación se desarrolló bajo un enfoque cuantitativo, con un diseño experimental
transversal. El objetivo fue evaluar la capacidad de adsorción y desorción de fosfatos en agua mediante
organoarcillas funcionalizadas con aminoácidos, como estrategia de remediación ambiental. El estudio
se clasifica como aplicativo y explicativo, ya que busca aplicar conocimientos químicos en la solución
de problemas ambientales, explicando los mecanismos involucrados.
Muestreo
El estudio consistió en la recolección de muestras de agua superficial del lago de Amatitlán. Se empleó
un muestreo no probabilístico por conveniencia, seleccionando puntos representativos del lago con alta
carga de nutrientes, identificados de manera previa por personal de la Autoridad del Manejo Sustentable
de la Cuenca y del Lago de Amatitlan, Guatemala -AMSA-, como puntos de monitoreo continuo los
cuales se detallan en la Figura 1.
Se tomaron 2 muestras de 3 litros por cada punto de monitoreo, la cuales fueron almacenadas en
contenedores plasticos, transportadas y almacenadas a 4°C hasta su analisis en el laboratorio, el
muestreo se realizo durante el mes de octubre de 2024.
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Técnicas e instrumentos de recolección de datos
Caracterización fisicoquímica del agua: Se midieron pH, conductividad, salinidad, turbidez y fósforo
soluble mediante instrumentos calibrados (pH-metro, conductímetro, turbidímetro y espectrofotómetro
UV/Vis).
Activación de arcilla: Se preparó una suspensión de arcilla (1.5 g/10 mL agua), sonicada por 1 hora en
baño ultrasónico. Luego se dejó reposar una hora, se separó el sobrenadante, se secó a 120 °C por seis
horas, se pulverizó y se volvió a secar a 90 °C por 24 horas (Pérez-Rodríguez et al., 2006; Tyagi et al.,
2006)
Preparación de soluciones de aminoácidos: Glicina, histidina y lisina se disolvieron en agua destilada
para obtener soluciones 0.1 mM (Benetoli et al., 2007)
Funcionalización de arcilla: Se mezcló arcilla activada con soluciones de aminoácidos previamente
preparadas en una proporción 35:65 (g:mL), esto se mantuvo en agitación por 24 h. Se centrifugó a
2400 RPM, se secó a 105 °C por 24 h, se lavó con agua destilada hasta pH neutro y se secó a 50 °C,
con esto se obtuvieron 3 diferentes organoarcillas correspondiente a acada uno de los aminoacidos
evaluados (Benetoli et al., 2007; Unuabonah et al., 2017).
Cuantificación de aminoácidos residuales: Se utilizó el método de ninhidrina, para el cual se
mezclaron 1 mL del sobrenadante de la funcionalización con 2 mL de ninhidrina, se calentó en baño
maría por 15 min, se enfrió en hielo, se añadieron 2 mL de etanol al 50% y se midió la absorbancia a
575 nm. Se empleó una curva de calibración validada (Sun et al., 2006).
Ensayos de adsorción de fosfatos: El proceso de adsorción se llevó a cabo con las tres organoarcillas
obtenidas, además de un blanco sin funcionalizar. Se utilizaron muestras de agua previamente
caracterizadas para conocer la concentración inicial de fósforo y pH en ellas.
Se mezclaron 100 mL de agua con 2 g de organoarcilla por dos horas. Se tomaron 0.5 mL, se diluyeron
en 4.5 mL de agua, se filtraron, y se añadieron 3.5 mL del filtrado con 1 mL de reactivo de
vanadato/molibdato y 1 mL de agua. Se midió la absorbancia a 420 nm y se calculó la concentración
mediante curva de calibración con fosfato monoácido de potasio (Standard Methods Committee of the
American Public Health Association et al., 2017; Unuabonah et al., 2017).
Técnicas e instrumentos de recolección de datos
Caracterización fisicoquímica del agua: Se midieron pH, conductividad, salinidad, turbidez y fósforo
soluble mediante instrumentos calibrados (pH-metro, conductímetro, turbidímetro y espectrofotómetro
UV/Vis).
Activación de arcilla: Se preparó una suspensión de arcilla (1.5 g/10 mL agua), sonicada por 1 hora en
baño ultrasónico. Luego se dejó reposar una hora, se separó el sobrenadante, se secó a 120 °C por seis
horas, se pulverizó y se volvió a secar a 90 °C por 24 horas (Pérez-Rodríguez et al., 2006; Tyagi et al.,
2006)
Preparación de soluciones de aminoácidos: Glicina, histidina y lisina se disolvieron en agua destilada
para obtener soluciones 0.1 mM (Benetoli et al., 2007)
Funcionalización de arcilla: Se mezcló arcilla activada con soluciones de aminoácidos previamente
preparadas en una proporción 35:65 (g:mL), esto se mantuvo en agitación por 24 h. Se centrifugó a
2400 RPM, se secó a 105 °C por 24 h, se lavó con agua destilada hasta pH neutro y se secó a 50 °C,
con esto se obtuvieron 3 diferentes organoarcillas correspondiente a acada uno de los aminoacidos
evaluados (Benetoli et al., 2007; Unuabonah et al., 2017).
Cuantificación de aminoácidos residuales: Se utilizó el método de ninhidrina, para el cual se
mezclaron 1 mL del sobrenadante de la funcionalización con 2 mL de ninhidrina, se calentó en baño
maría por 15 min, se enfrió en hielo, se añadieron 2 mL de etanol al 50% y se midió la absorbancia a
575 nm. Se empleó una curva de calibración validada (Sun et al., 2006).
Ensayos de adsorción de fosfatos: El proceso de adsorción se llevó a cabo con las tres organoarcillas
obtenidas, además de un blanco sin funcionalizar. Se utilizaron muestras de agua previamente
caracterizadas para conocer la concentración inicial de fósforo y pH en ellas.
Se mezclaron 100 mL de agua con 2 g de organoarcilla por dos horas. Se tomaron 0.5 mL, se diluyeron
en 4.5 mL de agua, se filtraron, y se añadieron 3.5 mL del filtrado con 1 mL de reactivo de
vanadato/molibdato y 1 mL de agua. Se midió la absorbancia a 420 nm y se calculó la concentración
mediante curva de calibración con fosfato monoácido de potasio (Standard Methods Committee of the
American Public Health Association et al., 2017; Unuabonah et al., 2017).
pág. 8133
Ensayos de desorción: Se dispersaron 2 g de organoarcilla previamente usada en adsorción en 100 mL
de agua destilada, ajustando el pH a 10 con NaOH. Se agitó por 24 h y se cuantificó el fósforo liberado
(Bektas et al., 2021).
Las organoarcillas fueron sometidas a un proceso iterativo de adsorción desorción, para caracterizar su
comportamiento y reutilización para la captura y liberación de fósforo (Standard Methods Committee
of the American Public Health Association et al., 2017; Unuabonah et al., 2017).
Ciclos de regeneración: La capacidad de reutilización de las organoarcillas se evaluó mediante ensayos
cinéticos en tres ciclos consecutivos de adsorción y liberación de fosfatos.
En cada ciclo se consideró 1 gramo de arcilla en 50 mL de agua del punto de muestreo evaluado. Las
muestras se sometieron a agitación en condiciones controladas (250 rpm durante 24 horas), y tras cada
fase de adsorción, se procedió a la liberación bajo condiciones alcalinas (pH 10, mediante la adición de
NaOH 1.0 N).
Cinética de liberación: Se evaluó la liberación controlada de fósforo desde una organoarcilla
funcionalizada con glicina (Orga-Gly), previamente cargada con fosfatos a una concentración de 30
mg/g ± 1.3. La muestra se colocó en una solución con pH 6.5 y conductividad eléctrica 2.9 mS/cm, bajo
agitación constante durante 24 horas. Se realizaron mediciones periódicas a 2, 4, 12, 18 y 24 h,
cuantificando el fósforo liberado (mg) mediante análisis colorimétrico.
Para describir la cinética, se aplicó el modelo de pseudo-segundo orden (PSO) según Ho y McKay,
utilizando la forma lineal (ecuación 1):
𝑡
𝑞𝑡
= 1
𝑘𝑞𝑒
2 + 𝑡
𝑞𝑒
Donde 𝑞𝑡 es la cantidad liberada a tiempo 𝑡, 𝑞𝑒 la capacidad en equilibrio y 𝑘 la constante de velocidad.
Se ajustaron los datos experimentales mediante regresión lineal de 𝑡
𝑞𝑡
vs. 𝑡, calculando 𝑞𝑒, 𝑘 mediante
la pendiente y el intercepto de la gráfica, la tasa inicial ℎ = 𝑘𝑞𝑒
2 y el coeficiente de determinación R2.
Además, se generó la curva predicha con la forma integrada del PSO (ecuación 2):
𝑞𝑡(𝑡) = 𝑘𝑞𝑒
2𝑡
1 + 𝑘𝑞𝑒
2
Ensayos de desorción: Se dispersaron 2 g de organoarcilla previamente usada en adsorción en 100 mL
de agua destilada, ajustando el pH a 10 con NaOH. Se agitó por 24 h y se cuantificó el fósforo liberado
(Bektas et al., 2021).
Las organoarcillas fueron sometidas a un proceso iterativo de adsorción desorción, para caracterizar su
comportamiento y reutilización para la captura y liberación de fósforo (Standard Methods Committee
of the American Public Health Association et al., 2017; Unuabonah et al., 2017).
Ciclos de regeneración: La capacidad de reutilización de las organoarcillas se evaluó mediante ensayos
cinéticos en tres ciclos consecutivos de adsorción y liberación de fosfatos.
En cada ciclo se consideró 1 gramo de arcilla en 50 mL de agua del punto de muestreo evaluado. Las
muestras se sometieron a agitación en condiciones controladas (250 rpm durante 24 horas), y tras cada
fase de adsorción, se procedió a la liberación bajo condiciones alcalinas (pH 10, mediante la adición de
NaOH 1.0 N).
Cinética de liberación: Se evaluó la liberación controlada de fósforo desde una organoarcilla
funcionalizada con glicina (Orga-Gly), previamente cargada con fosfatos a una concentración de 30
mg/g ± 1.3. La muestra se colocó en una solución con pH 6.5 y conductividad eléctrica 2.9 mS/cm, bajo
agitación constante durante 24 horas. Se realizaron mediciones periódicas a 2, 4, 12, 18 y 24 h,
cuantificando el fósforo liberado (mg) mediante análisis colorimétrico.
Para describir la cinética, se aplicó el modelo de pseudo-segundo orden (PSO) según Ho y McKay,
utilizando la forma lineal (ecuación 1):
𝑡
𝑞𝑡
= 1
𝑘𝑞𝑒
2 + 𝑡
𝑞𝑒
Donde 𝑞𝑡 es la cantidad liberada a tiempo 𝑡, 𝑞𝑒 la capacidad en equilibrio y 𝑘 la constante de velocidad.
Se ajustaron los datos experimentales mediante regresión lineal de 𝑡
𝑞𝑡
vs. 𝑡, calculando 𝑞𝑒, 𝑘 mediante
la pendiente y el intercepto de la gráfica, la tasa inicial ℎ = 𝑘𝑞𝑒
2 y el coeficiente de determinación R2.
Además, se generó la curva predicha con la forma integrada del PSO (ecuación 2):
𝑞𝑡(𝑡) = 𝑘𝑞𝑒
2𝑡
1 + 𝑘𝑞𝑒
2
pág. 8134
Análisis estadístico: se reportan los valores promedio de 5 repeticiones y la desviación estándar
asociada cuando sea aplicable, se realizó un análisis ANOVA, para determinar la significancia del
proceso de funcionalización en la captura y liberación de fosfatos.
En la Figura 2, se resume la metodología empleada durante el desarrollo de la investigación.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Figura 1 Ubicación de puntos de muestreo del lago de Amatitlán, Guatemala, octubre 2025
El cuadrado rojo enmarca el lago de Amatitlán y se señalan los cuatro puntos de muestreo, con las
coordenadas asociadas.
El recuadro inferior derecho, permite observar la posición de Guatemala (enmarcada en verde) en la
región latinoamericana.
Figura 2 Metodología experimental y desarrollo de la investigación
Se describe el proceso desde la recolección de muestras, síntesis de organoarcillas y análisis de
resultados
Análisis estadístico: se reportan los valores promedio de 5 repeticiones y la desviación estándar
asociada cuando sea aplicable, se realizó un análisis ANOVA, para determinar la significancia del
proceso de funcionalización en la captura y liberación de fosfatos.
En la Figura 2, se resume la metodología empleada durante el desarrollo de la investigación.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Figura 1 Ubicación de puntos de muestreo del lago de Amatitlán, Guatemala, octubre 2025
El cuadrado rojo enmarca el lago de Amatitlán y se señalan los cuatro puntos de muestreo, con las
coordenadas asociadas.
El recuadro inferior derecho, permite observar la posición de Guatemala (enmarcada en verde) en la
región latinoamericana.
Figura 2 Metodología experimental y desarrollo de la investigación
Se describe el proceso desde la recolección de muestras, síntesis de organoarcillas y análisis de
resultados
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Tabla 1 Parámetros fisicoquímicos tomados en los puntos de muestreo del lago de Amatitlán.
Parámetro (unidades)
Valor
Este
centro
Oeste
centro
Desembocadura
Villalobos
Michatoya
pH 9.41 8.48 8.13 8.69
Temperatura (°C) 24.40 27.08 26.71 26.30
Conductividad eléctrica (μS/cm) 591.9 594.0 604.6 591.6
Salinidad (ppt) 0.27 0.27 0.28 0.27
Oxígeno disuelto (mg/L) 11.40 8.05 4.57 10.69
Saturación de oxígeno disuelto (%) 163.9 116.8 65.9 153.0
Turbiedad (NTU) 23.3 12.3 11.5 12.7
NH4+ (mg/L) 0.06 0.17 0.22 0.17
NH3 total (mg/L) 0.16 0.20 0.24 0.22
Clorofila (μg/L) 17.89 31.11 29.73 52.45
Potencial de óxido-reducción (mVORP) 62.2 72.8 84.3 82.5
Sólidos disueltos totales (ppm) 234 240 244 239
La Tabla 1 presenta los parámetros analizados durante el muestreo en el mes de octubre de 2024, en el lago de
Amatitlán, Guatemala.
Tabla 2 Determinación de fósforo en forma de ortofosfatos
Muestra Resultado (ppm)
Este centro 0.0478
Oeste centro 0.2260
Desembocadura Villalobos 0.2383
Michatoya 0.2216
Expresa el promedio de las lecturas de ortofosfatos, mediante el método de vanadato/molibdato a 420 nm
Tabla 3 Captura de fosfatos en una muestra de agua proveniente del lago de Amatitlán
Organoarcilla Concentración inicial (ppm)** Concentración final (ppm)** Desviación estándar
Arcilla s/t*
0.2289
0.2146 0.002
Orga-gly 0.1477 0.003
Orga-hys 0.1601 0.001
Orga-lys 0.1561 0.002
*Arcilla s/t: arcilla sin tratamiento como valor de control.
**Las concentraciones se expresan en partes por millón, considerando ortofosfatos presentes en la muestra de
agua, antes y después de estar en contacto con las organoarcillas
Tabla 1 Parámetros fisicoquímicos tomados en los puntos de muestreo del lago de Amatitlán.
Parámetro (unidades)
Valor
Este
centro
Oeste
centro
Desembocadura
Villalobos
Michatoya
pH 9.41 8.48 8.13 8.69
Temperatura (°C) 24.40 27.08 26.71 26.30
Conductividad eléctrica (μS/cm) 591.9 594.0 604.6 591.6
Salinidad (ppt) 0.27 0.27 0.28 0.27
Oxígeno disuelto (mg/L) 11.40 8.05 4.57 10.69
Saturación de oxígeno disuelto (%) 163.9 116.8 65.9 153.0
Turbiedad (NTU) 23.3 12.3 11.5 12.7
NH4+ (mg/L) 0.06 0.17 0.22 0.17
NH3 total (mg/L) 0.16 0.20 0.24 0.22
Clorofila (μg/L) 17.89 31.11 29.73 52.45
Potencial de óxido-reducción (mVORP) 62.2 72.8 84.3 82.5
Sólidos disueltos totales (ppm) 234 240 244 239
La Tabla 1 presenta los parámetros analizados durante el muestreo en el mes de octubre de 2024, en el lago de
Amatitlán, Guatemala.
Tabla 2 Determinación de fósforo en forma de ortofosfatos
Muestra Resultado (ppm)
Este centro 0.0478
Oeste centro 0.2260
Desembocadura Villalobos 0.2383
Michatoya 0.2216
Expresa el promedio de las lecturas de ortofosfatos, mediante el método de vanadato/molibdato a 420 nm
Tabla 3 Captura de fosfatos en una muestra de agua proveniente del lago de Amatitlán
Organoarcilla Concentración inicial (ppm)** Concentración final (ppm)** Desviación estándar
Arcilla s/t*
0.2289
0.2146 0.002
Orga-gly 0.1477 0.003
Orga-hys 0.1601 0.001
Orga-lys 0.1561 0.002
*Arcilla s/t: arcilla sin tratamiento como valor de control.
**Las concentraciones se expresan en partes por millón, considerando ortofosfatos presentes en la muestra de
agua, antes y después de estar en contacto con las organoarcillas
pág. 8136
Tabla 4 Captura de fosfatos por parte de organoarcillas
Organoarcilla miligramos de P capturado (mg) % de captura Desviación estándar
Arcilla s/t 0.00143 6.24 0.002
Orga-gly 0.00812 35.48 0.003
Orga-hys 0.00688 30.06 0.001
Orga-lys 0.00728 31.81 0.002
Se expresan los miligramos capturados de fósforo por cada gramo de organoarcilla evaluada, de igual forma se
reporta un porcentaje de captura de fósforo, durante el primer ciclo de adsorción.
Tabla 5 Cinética de adsorción/liberación de fósforo
Muestra inicial
(%) *
Ciclo 1 Ciclo 2 Ciclo 3
Ads s Lib s Ads s Lib s Ads s Lib s
Orga-gly
100
35.48 0.003 88.21 0.092 34.37 0.112 80.30 0.064 30.12 0.119 68.56 0.158
Orga-hys 30.06 0.001 78.83 0.079 29.85 0.062 63.52 0.157 25.65 0.109 58.72 0.074
Orga-lys 31.81 0.002 92.93 0.058 30.26 0.118 85.96 0.074 26.35 0.085 68.12 0.061
* La concentración inicial de ortofosfatos se consideró como 100% para la evaluación de los ciclos de adsorción/liberación,
con la finalidad de expresar porcentajes de captura y liberación.
Ads: hace referencia a la adsorción expresada en porcentaje (%), indica que porcentaje de los fosfatos originales fueron
capturados por la arcilla
Lib: hace referencia a la liberación expresada como un porcentaje (%) del total adsorbido, en la fase ads correspondiente.
s: indica la desviación estándar asociada al valor reportado, considerando cinco réplicas por cada experimentación.
Tabla 6 Análisis de varianza, para adsorción de fosfatos
Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F)
Muestra 2 196.363 98.181 14091.746 8.0086e-53
Ciclo 2 220.071 110.035 15793.131 1.0317e-53
Muestra:Ciclo 4 2.527 0.631 90.691 2.7572e-18
Residuo 36 0.250 0.006 NA NA
Resultados del ANOVA aplicado a los porcentajes de adsorción en diferentes muestras y ciclos de regeneración. Se incluyen
grados de libertad (Df), suma de cuadrados (Sum Sq), media cuadrática (Mean Sq), valor F (F value) y nivel de significancia
(Pr).
Tabla 7 Análisis de varianza, para liberación de fosfatos
Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F)
Muestra 2 1948.882 974.441 77085.525 4.2419e-66
Ciclo 2 3482.575 1741.287 137748.785 1.2311e-70
Muestra:Ciclo 4 241.691 60.422 4779.888 1.6222e-48
Residuals 36 0.455 0.012 NA NA
Resultados del ANOVA aplicado a los porcentajes de liberación en diferentes muestras y ciclos de regeneración. Se incluyen
grados de libertad (Df), suma de cuadrados (Sum Sq), media cuadrática (Mean Sq), valor F (F value) y nivel de significancia
(Pr).
Tabla 4 Captura de fosfatos por parte de organoarcillas
Organoarcilla miligramos de P capturado (mg) % de captura Desviación estándar
Arcilla s/t 0.00143 6.24 0.002
Orga-gly 0.00812 35.48 0.003
Orga-hys 0.00688 30.06 0.001
Orga-lys 0.00728 31.81 0.002
Se expresan los miligramos capturados de fósforo por cada gramo de organoarcilla evaluada, de igual forma se
reporta un porcentaje de captura de fósforo, durante el primer ciclo de adsorción.
Tabla 5 Cinética de adsorción/liberación de fósforo
Muestra inicial
(%) *
Ciclo 1 Ciclo 2 Ciclo 3
Ads s Lib s Ads s Lib s Ads s Lib s
Orga-gly
100
35.48 0.003 88.21 0.092 34.37 0.112 80.30 0.064 30.12 0.119 68.56 0.158
Orga-hys 30.06 0.001 78.83 0.079 29.85 0.062 63.52 0.157 25.65 0.109 58.72 0.074
Orga-lys 31.81 0.002 92.93 0.058 30.26 0.118 85.96 0.074 26.35 0.085 68.12 0.061
* La concentración inicial de ortofosfatos se consideró como 100% para la evaluación de los ciclos de adsorción/liberación,
con la finalidad de expresar porcentajes de captura y liberación.
Ads: hace referencia a la adsorción expresada en porcentaje (%), indica que porcentaje de los fosfatos originales fueron
capturados por la arcilla
Lib: hace referencia a la liberación expresada como un porcentaje (%) del total adsorbido, en la fase ads correspondiente.
s: indica la desviación estándar asociada al valor reportado, considerando cinco réplicas por cada experimentación.
Tabla 6 Análisis de varianza, para adsorción de fosfatos
Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F)
Muestra 2 196.363 98.181 14091.746 8.0086e-53
Ciclo 2 220.071 110.035 15793.131 1.0317e-53
Muestra:Ciclo 4 2.527 0.631 90.691 2.7572e-18
Residuo 36 0.250 0.006 NA NA
Resultados del ANOVA aplicado a los porcentajes de adsorción en diferentes muestras y ciclos de regeneración. Se incluyen
grados de libertad (Df), suma de cuadrados (Sum Sq), media cuadrática (Mean Sq), valor F (F value) y nivel de significancia
(Pr).
Tabla 7 Análisis de varianza, para liberación de fosfatos
Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F)
Muestra 2 1948.882 974.441 77085.525 4.2419e-66
Ciclo 2 3482.575 1741.287 137748.785 1.2311e-70
Muestra:Ciclo 4 241.691 60.422 4779.888 1.6222e-48
Residuals 36 0.455 0.012 NA NA
Resultados del ANOVA aplicado a los porcentajes de liberación en diferentes muestras y ciclos de regeneración. Se incluyen
grados de libertad (Df), suma de cuadrados (Sum Sq), media cuadrática (Mean Sq), valor F (F value) y nivel de significancia
(Pr).
pág. 8137
Tabla 8 Cinética de liberación controlada de fósforo
Muestra Tiempo
2 horas 4 horas 12 horas 18 horas 24 horas
Orga-Gly 8.58 mg 12.57 mg 20.03 mg 23.1 mg 25.13 mg
La Tabla 8 presenta los miligramos (mg) liberados durante el estudio cinético de la organoarcilla funcionalizada con el
aminoácido glicina a lo largo de un periodo de 24 horas
Tabla 9 Datos experimentales y ajuste al modelo cinético de pseudo-segundo orden (PSO) para la
liberación de fósforo
Tiempo (h) qt observado (mg) t/qt (h/mg) qt predicho PSO (mg)
2 8.58 0.233100233 8.011575938
4 12.57 0.318217979 12.69446386
12 20.03 0.599101348 20.79957617
18 23.1 0.779220779 23.2764901
24 25.13 0.955033824 24.75017528
qt = fosforo liberado a lo largo del tiempo (h)
t/qt = relación entre tiempo y fosforo liberado
qt predicho = mg de fosforo predichos con el modelo cinético de pseudo-segundo orden, empleando las ecuaciones descritas
en metodología
Tabla 10 Valores cinéticos calculados
Parámetro Valor
𝑞𝑒 (mg) 30.553
𝑘 (mg-1h-1) 0.00582
ℎ (mgh-1) 5.429
𝑅2 0.9972
qₑ = capacidad en equilibrio; k = constante cinética; h = tasa inicial; R² = coeficiente de determinación del ajuste.
Los parámetros se obtuvieron mediante la linealización del modelo PSO (t/qt vs. t), calculando qe a partir de la pendiente y
k a partir del intercepto, según la ecuación 1
Figura 3 Linealización de valores observados en modelo de pseudo-segundo orden
La Figura 3 presenta la transformación de los datos de cinética, empleando los valores observados en la prueba
de liberación cinética
R² = 0,9972
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 5 10 15 20 25 30
t/qt (h/mg)
t (h)
Tabla 8 Cinética de liberación controlada de fósforo
Muestra Tiempo
2 horas 4 horas 12 horas 18 horas 24 horas
Orga-Gly 8.58 mg 12.57 mg 20.03 mg 23.1 mg 25.13 mg
La Tabla 8 presenta los miligramos (mg) liberados durante el estudio cinético de la organoarcilla funcionalizada con el
aminoácido glicina a lo largo de un periodo de 24 horas
Tabla 9 Datos experimentales y ajuste al modelo cinético de pseudo-segundo orden (PSO) para la
liberación de fósforo
Tiempo (h) qt observado (mg) t/qt (h/mg) qt predicho PSO (mg)
2 8.58 0.233100233 8.011575938
4 12.57 0.318217979 12.69446386
12 20.03 0.599101348 20.79957617
18 23.1 0.779220779 23.2764901
24 25.13 0.955033824 24.75017528
qt = fosforo liberado a lo largo del tiempo (h)
t/qt = relación entre tiempo y fosforo liberado
qt predicho = mg de fosforo predichos con el modelo cinético de pseudo-segundo orden, empleando las ecuaciones descritas
en metodología
Tabla 10 Valores cinéticos calculados
Parámetro Valor
𝑞𝑒 (mg) 30.553
𝑘 (mg-1h-1) 0.00582
ℎ (mgh-1) 5.429
𝑅2 0.9972
qₑ = capacidad en equilibrio; k = constante cinética; h = tasa inicial; R² = coeficiente de determinación del ajuste.
Los parámetros se obtuvieron mediante la linealización del modelo PSO (t/qt vs. t), calculando qe a partir de la pendiente y
k a partir del intercepto, según la ecuación 1
Figura 3 Linealización de valores observados en modelo de pseudo-segundo orden
La Figura 3 presenta la transformación de los datos de cinética, empleando los valores observados en la prueba
de liberación cinética
R² = 0,9972
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 5 10 15 20 25 30
t/qt (h/mg)
t (h)
pág. 8138
Figura 4 Modelo de pseudo-segundo orden y datos observados en el laboratorio
La Figura 4 presenta los datos experimentales (qt observado (mg)) y el modelo de pseudo-segundo orden (qt
predicho PSO (mg)) empleando la ecuación 2
A continuación se discuten los resultados respecto a la calidad del agua en el lago de Amatitlán y la
efectividad de la remediación propuesta. Se discuten inicialmente los parámetros fisicoquímicos y
niveles de fosfatos que confirman el estado eutrófico del cuerpo de agua. Seguidamente, se evalúa el
desempeño de las organoarcillas funcionalizadas (Orga-gly, Orga-lys y Orga-hys), analizando
estadísticamente su capacidad de captura, los mecanismos cinéticos de liberación controlada y su
viabilidad para ser reutilizadas en ciclos sucesivos.
Los parámetros analizados in situ se reportan en la Tabla 1, encontrándose que el punto de mayor riesgo
eutrófico corresponde a Michatoya, esto considerando los valores de clorofila 52.45 μg/L, saturación
de oxígeno 153% y pH 8.69, pues son indicativos de un crecimiento excesivo de algas (Bougarne et al.,
2019), destaca además el punto de desembocadura del rio Villalobos, pues este afluente está identificado
por AMSA como foco de contaminación ya que arrastra desechos sólidos de diferentes puntos de la
ciudad de Guatemala hasta el lago y prolifera el crecimiento de algas (AMSA, 2025), los valores
encontrados son consistentes con lo reportado por Oliva et al. (2021) quienes durante el año 2020
realizaron una determinación de microplásticos en el lago de Amatitlán, reportando una alta carga de
contaminantes en el cuerpo acuático.
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30
Fosforo liberado (mg)
Tiempo (h)
qt observado (mg) qt predicho PSO (mg)
Figura 4 Modelo de pseudo-segundo orden y datos observados en el laboratorio
La Figura 4 presenta los datos experimentales (qt observado (mg)) y el modelo de pseudo-segundo orden (qt
predicho PSO (mg)) empleando la ecuación 2
A continuación se discuten los resultados respecto a la calidad del agua en el lago de Amatitlán y la
efectividad de la remediación propuesta. Se discuten inicialmente los parámetros fisicoquímicos y
niveles de fosfatos que confirman el estado eutrófico del cuerpo de agua. Seguidamente, se evalúa el
desempeño de las organoarcillas funcionalizadas (Orga-gly, Orga-lys y Orga-hys), analizando
estadísticamente su capacidad de captura, los mecanismos cinéticos de liberación controlada y su
viabilidad para ser reutilizadas en ciclos sucesivos.
Los parámetros analizados in situ se reportan en la Tabla 1, encontrándose que el punto de mayor riesgo
eutrófico corresponde a Michatoya, esto considerando los valores de clorofila 52.45 μg/L, saturación
de oxígeno 153% y pH 8.69, pues son indicativos de un crecimiento excesivo de algas (Bougarne et al.,
2019), destaca además el punto de desembocadura del rio Villalobos, pues este afluente está identificado
por AMSA como foco de contaminación ya que arrastra desechos sólidos de diferentes puntos de la
ciudad de Guatemala hasta el lago y prolifera el crecimiento de algas (AMSA, 2025), los valores
encontrados son consistentes con lo reportado por Oliva et al. (2021) quienes durante el año 2020
realizaron una determinación de microplásticos en el lago de Amatitlán, reportando una alta carga de
contaminantes en el cuerpo acuático.
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30
Fosforo liberado (mg)
Tiempo (h)
qt observado (mg) qt predicho PSO (mg)
pág. 8139
Los fosfatos son comúnmente uno de los nutrientes limitantes en lagos para el crecimiento de diversos
organismos, estando vinculados de manera directa con los niveles de eutrofización donde ha pasado de
ser un nutriente a un contaminante (Yan et al., 2016). Los valores reportados en la Tabla 2 presentan la
cuantificación de fosfatos en los cuatro puntos monitoreados: Este centro (0.0478 ppm), Oeste centro
(0.2260 ppm), desembocadura del río Villalobos (0.2383 ppm) y Michatoya (0.2216 ppm). De acuerdo
con la clasificación de la OECD, tres de los cuatro puntos se consideran hipertróficos, siendo el valor
más alto el de la desembocadura del río Villalobos, mientras que el punto Este centro, con el valor más
bajo, se clasifica como eutrófico.
Este escenario coincide con estudios previos que reportan aportes significativos de contaminantes y
residuos sólidos desde la cuenca del río Villalobos (Van Tuylen, 2020; Oliva et al., 2021), lo que refuerza
la necesidad de estrategias sostenibles para la remediación.
La aplicación de organoarcillas funcionalizadas con aminoácidos representa una alternativa
prometedora e innovadora, no solo por su capacidad de adsorción de fosfatos, sino también por la
posibilidad de desorción controlada para recuperar fósforo como nutriente, contribuyendo a la economía
circular y a la reducción del impacto ambiental.
Para evaluar la adsorción de fosfatos, se funcionalizaron tres organoarcillas con diferentes aminoácidos
y se sometieron a agitación en una muestra de agua con concentración inicial de 0.2289 ppm,
determinada mediante el método colorimétrico de vanadato/molibdato. Los resultados (Tabla 3 y Tabla
4) muestran que la arcilla sin tratamiento redujo la concentración a 0.2146 ppm, equivalente a un 6.24
% de captura (0.00143 mg de fósforo por gramo de material). En contraste, las organoarcillas lograron
remociones significativamente mayores: Orga-gly (0.1477 ppm; 35.48 %), Orga-lys (0.1561 ppm; 31.81
%) y Orga-hys (0.1601 ppm; 30.06 %).
Estos valores confirman que la funcionalización incrementa la capacidad de adsorción, probablemente
por la presencia de grupos amino que favorecen interacciones electrostáticas y adsorción superficial con
aniones fosfato, tal como se ha reportado en estudios previos sobre arcillas modificadas (Unuabonah et
al., 2017; Yakubu & Aliyu-Paiko, 2024).
La eficiencia observada en las organoarcillas funcionalizadas (30–35 % de captura) es comparable con
la reportada por Peña et al. (2020), quienes lograron porcentajes cercanos al 30 % mediante la
Los fosfatos son comúnmente uno de los nutrientes limitantes en lagos para el crecimiento de diversos
organismos, estando vinculados de manera directa con los niveles de eutrofización donde ha pasado de
ser un nutriente a un contaminante (Yan et al., 2016). Los valores reportados en la Tabla 2 presentan la
cuantificación de fosfatos en los cuatro puntos monitoreados: Este centro (0.0478 ppm), Oeste centro
(0.2260 ppm), desembocadura del río Villalobos (0.2383 ppm) y Michatoya (0.2216 ppm). De acuerdo
con la clasificación de la OECD, tres de los cuatro puntos se consideran hipertróficos, siendo el valor
más alto el de la desembocadura del río Villalobos, mientras que el punto Este centro, con el valor más
bajo, se clasifica como eutrófico.
Este escenario coincide con estudios previos que reportan aportes significativos de contaminantes y
residuos sólidos desde la cuenca del río Villalobos (Van Tuylen, 2020; Oliva et al., 2021), lo que refuerza
la necesidad de estrategias sostenibles para la remediación.
La aplicación de organoarcillas funcionalizadas con aminoácidos representa una alternativa
prometedora e innovadora, no solo por su capacidad de adsorción de fosfatos, sino también por la
posibilidad de desorción controlada para recuperar fósforo como nutriente, contribuyendo a la economía
circular y a la reducción del impacto ambiental.
Para evaluar la adsorción de fosfatos, se funcionalizaron tres organoarcillas con diferentes aminoácidos
y se sometieron a agitación en una muestra de agua con concentración inicial de 0.2289 ppm,
determinada mediante el método colorimétrico de vanadato/molibdato. Los resultados (Tabla 3 y Tabla
4) muestran que la arcilla sin tratamiento redujo la concentración a 0.2146 ppm, equivalente a un 6.24
% de captura (0.00143 mg de fósforo por gramo de material). En contraste, las organoarcillas lograron
remociones significativamente mayores: Orga-gly (0.1477 ppm; 35.48 %), Orga-lys (0.1561 ppm; 31.81
%) y Orga-hys (0.1601 ppm; 30.06 %).
Estos valores confirman que la funcionalización incrementa la capacidad de adsorción, probablemente
por la presencia de grupos amino que favorecen interacciones electrostáticas y adsorción superficial con
aniones fosfato, tal como se ha reportado en estudios previos sobre arcillas modificadas (Unuabonah et
al., 2017; Yakubu & Aliyu-Paiko, 2024).
La eficiencia observada en las organoarcillas funcionalizadas (30–35 % de captura) es comparable con
la reportada por Peña et al. (2020), quienes lograron porcentajes cercanos al 30 % mediante la
pág. 8140
modificación de arcillas con iones metálicos. Sin embargo, este tipo de materiales presenta limitaciones
importantes en cuanto a regeneración, ya que la adsorción ocurre por precipitación o formación de
complejos insolubles, lo que impide la liberación controlada del fósforo para su aprovechamiento.
Las organoarcillas sintetizadas fueron evaluadas a lo largo de tres ciclos de adsorción y liberación de
fosfatos para determinar su potencial de reutilización como matrices regenerables. Los resultados (Tabla
5) muestran que la eficiencia de adsorción en el primer ciclo se mantiene en el rango de 30–35 %, con
valores de liberación superiores al 78 %, lo que indica una alta capacidad para recuperar el fósforo
capturado. Sin embargo, se observa un decaimiento progresivo en la eficiencia de adsorción a partir del
segundo ciclo, alcanzando valores cercanos al 25–30 % en el tercer ciclo, comportamiento consistente
con lo reportado por Estrada et al. (2023) en estudios previos sobre materiales funcionalizados.
Este comportamiento es consistente con lo reportado por el análisis de termogravimetría y difracción
de rayos X, que evidencian interacciones de tipo electrostático y variaciones en las fases mineralógicas
de las organoarcillas, indicando una mayor separación interlaminar producto del proceso de activación
y funcionalización (Estrada et al., 2023).
El análisis estadístico mediante ANOVA reveló diferencias altamente significativas (p < 0.001) en la
capacidad de adsorción y liberación de fosfatos (Tablas 6 y 7) entre las muestras evaluadas y a lo largo
de los ciclos de regeneración. En ambos procesos, el factor “Ciclo” mostró el mayor efecto (F = 15,793
para adsorción y F = 137,748 para liberación), lo que indica que la reutilización de las organoarcillas
influye de manera determinante en su desempeño. Asimismo, la interacción entre muestra y ciclo fue
significativa (p < 0.001).
Sugiriendo que la respuesta del material depende tanto de la composición inicial como del número de
reutilizaciones. Estos resultados confirman la hipótesis de que la funcionalización con aminoácidos
mejora la eficiencia del material, aunque se observa una tendencia decreciente en la adsorción tras ciclos
sucesivos.
Respecto al estudio cinético la organoarcilla funcionalizada con glicina (Orga-Gly) mostró una
liberación acumulada de fósforo de 25.13 mg en 24 horas (Tabla 8), a partir de una carga inicial de 30
mg/g.
modificación de arcillas con iones metálicos. Sin embargo, este tipo de materiales presenta limitaciones
importantes en cuanto a regeneración, ya que la adsorción ocurre por precipitación o formación de
complejos insolubles, lo que impide la liberación controlada del fósforo para su aprovechamiento.
Las organoarcillas sintetizadas fueron evaluadas a lo largo de tres ciclos de adsorción y liberación de
fosfatos para determinar su potencial de reutilización como matrices regenerables. Los resultados (Tabla
5) muestran que la eficiencia de adsorción en el primer ciclo se mantiene en el rango de 30–35 %, con
valores de liberación superiores al 78 %, lo que indica una alta capacidad para recuperar el fósforo
capturado. Sin embargo, se observa un decaimiento progresivo en la eficiencia de adsorción a partir del
segundo ciclo, alcanzando valores cercanos al 25–30 % en el tercer ciclo, comportamiento consistente
con lo reportado por Estrada et al. (2023) en estudios previos sobre materiales funcionalizados.
Este comportamiento es consistente con lo reportado por el análisis de termogravimetría y difracción
de rayos X, que evidencian interacciones de tipo electrostático y variaciones en las fases mineralógicas
de las organoarcillas, indicando una mayor separación interlaminar producto del proceso de activación
y funcionalización (Estrada et al., 2023).
El análisis estadístico mediante ANOVA reveló diferencias altamente significativas (p < 0.001) en la
capacidad de adsorción y liberación de fosfatos (Tablas 6 y 7) entre las muestras evaluadas y a lo largo
de los ciclos de regeneración. En ambos procesos, el factor “Ciclo” mostró el mayor efecto (F = 15,793
para adsorción y F = 137,748 para liberación), lo que indica que la reutilización de las organoarcillas
influye de manera determinante en su desempeño. Asimismo, la interacción entre muestra y ciclo fue
significativa (p < 0.001).
Sugiriendo que la respuesta del material depende tanto de la composición inicial como del número de
reutilizaciones. Estos resultados confirman la hipótesis de que la funcionalización con aminoácidos
mejora la eficiencia del material, aunque se observa una tendencia decreciente en la adsorción tras ciclos
sucesivos.
Respecto al estudio cinético la organoarcilla funcionalizada con glicina (Orga-Gly) mostró una
liberación acumulada de fósforo de 25.13 mg en 24 horas (Tabla 8), a partir de una carga inicial de 30
mg/g.
pág. 8141
El incremento rápido en las primeras 12 horas (≈66%) seguido de una fase más lenta indica un
mecanismo de liberación controlada, probablemente influenciado por interacciones ácido-base y
enlaces electrostáticos entre los grupos amino y la superficie arcillosa (Brandão-Lima et al., 2022).
Este comportamiento coincide con estudios que reportan cinéticas ajustadas a modelos de pseudo-
segundo orden y procesos de difusión intraparticular en materiales arcillosos modificados (Edet &
Ifelebuegu, 2020; Onishi et al., 2020). Además, la funcionalización con biomoléculas como glicina
puede reducir la lixiviación y prolongar la disponibilidad del fósforo, similar a lo observado en sistemas
basados en bentonita y polímeros (Verma et al., 2023) y en fertilizantes encapsulados con quitosano
(García-Ilizaliturri et al., 2025). Estos resultados sugieren que Orga-Gly podría mejorar la eficiencia del
uso de fósforo y disminuir pérdidas por escorrentía, contribuyendo a prácticas agrícolas más sostenibles
(Bao et al., 2024)
El ajuste cinético de la liberación de fósforo desde la organoarcilla funcionalizada con glicina (Orga-
Gly) mostró una excelente concordancia con el modelo de pseudo-segundo orden (PSO), como se
observa en la Figura 3 y la Tabla 9, donde la relación t/qt frente a t presentó una alta linealidad (R² =
0.9972). Este comportamiento indica que el proceso está gobernado por interacciones específicas entre
el fosfato y los grupos funcionales de la matriz, más que por difusión externa, lo que coincide con la
interpretación original del modelo propuesto por Ho y McKay (1999).
La Figura 4 presenta la concordancia entre los valores experimentales y los predichos por el PSO,
validando su aplicabilidad para describir la liberación controlada en este sistema. Los parámetros
cinéticos resumidos en la Tabla 10 (qe = 30.553 mg, k = 0.00582 mg-1h-1, h = 5.429 mgh-1) indican
que, tras 24 h, se liberó aproximadamente el 82% de la capacidad de equilibrio, lo que confirma un
perfil de liberación gradual con potencial para aplicaciones agrícolas donde se busca reducir pérdidas
por lixiviación y mejorar la eficiencia del fósforo (Lakshani, et al. 2023)
Los resultados obtenidos evidencian que la funcionalización de arcillas con aminoácidos no solo mejora
significativamente la capacidad de adsorción de fosfatos, sino que también permite su liberación
controlada, favoreciendo la reutilización del fósforo como nutriente. Este comportamiento confirma el
potencial de las organoarcillas como materiales regenerables en sistemas de remediación ambiental,
contribuyendo a la reducción de la eutrofización y al aprovechamiento sostenible de recursos.
El incremento rápido en las primeras 12 horas (≈66%) seguido de una fase más lenta indica un
mecanismo de liberación controlada, probablemente influenciado por interacciones ácido-base y
enlaces electrostáticos entre los grupos amino y la superficie arcillosa (Brandão-Lima et al., 2022).
Este comportamiento coincide con estudios que reportan cinéticas ajustadas a modelos de pseudo-
segundo orden y procesos de difusión intraparticular en materiales arcillosos modificados (Edet &
Ifelebuegu, 2020; Onishi et al., 2020). Además, la funcionalización con biomoléculas como glicina
puede reducir la lixiviación y prolongar la disponibilidad del fósforo, similar a lo observado en sistemas
basados en bentonita y polímeros (Verma et al., 2023) y en fertilizantes encapsulados con quitosano
(García-Ilizaliturri et al., 2025). Estos resultados sugieren que Orga-Gly podría mejorar la eficiencia del
uso de fósforo y disminuir pérdidas por escorrentía, contribuyendo a prácticas agrícolas más sostenibles
(Bao et al., 2024)
El ajuste cinético de la liberación de fósforo desde la organoarcilla funcionalizada con glicina (Orga-
Gly) mostró una excelente concordancia con el modelo de pseudo-segundo orden (PSO), como se
observa en la Figura 3 y la Tabla 9, donde la relación t/qt frente a t presentó una alta linealidad (R² =
0.9972). Este comportamiento indica que el proceso está gobernado por interacciones específicas entre
el fosfato y los grupos funcionales de la matriz, más que por difusión externa, lo que coincide con la
interpretación original del modelo propuesto por Ho y McKay (1999).
La Figura 4 presenta la concordancia entre los valores experimentales y los predichos por el PSO,
validando su aplicabilidad para describir la liberación controlada en este sistema. Los parámetros
cinéticos resumidos en la Tabla 10 (qe = 30.553 mg, k = 0.00582 mg-1h-1, h = 5.429 mgh-1) indican
que, tras 24 h, se liberó aproximadamente el 82% de la capacidad de equilibrio, lo que confirma un
perfil de liberación gradual con potencial para aplicaciones agrícolas donde se busca reducir pérdidas
por lixiviación y mejorar la eficiencia del fósforo (Lakshani, et al. 2023)
Los resultados obtenidos evidencian que la funcionalización de arcillas con aminoácidos no solo mejora
significativamente la capacidad de adsorción de fosfatos, sino que también permite su liberación
controlada, favoreciendo la reutilización del fósforo como nutriente. Este comportamiento confirma el
potencial de las organoarcillas como materiales regenerables en sistemas de remediación ambiental,
contribuyendo a la reducción de la eutrofización y al aprovechamiento sostenible de recursos.
pág. 8142
Lo que orienta futuras investigaciones hacia la optimización de procesos de regeneración, análisis de
nuevas matrices de captura y la integración de estos materiales en estrategias de economía circular para
la gestión de nutrientes en cuerpos de agua contaminados.
CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos en esta investigación confirman que las organoarcillas sintetizadas mediante
funcionalización de bentonita con aminoácidos (glicina, lisina e histidina) presentan eficiencia en la
adsorción de fosfatos en medios acuosos, alcanzando porcentajes de captura de hasta 35.48%, valores
comparables con los reportados en la literatura para materiales arcillosos modificados. Esto valida su
potencial como alternativa viable para la remediación de cuerpos de agua eutrofizados, como el lago de
Amatitlán.
A diferencia de estudios previos realizados únicamente en condiciones controladas con soluciones
sintéticas que contenían fosfatos, este trabajo aporta evidencia experimental en muestras reales de agua
hipereutrófica, lo que representa un avance significativo hacia la aplicación práctica de estas tecnologías
en escenarios ambientales complejos.
El estudio cinético de adsorción-desorción demostró que las organoarcillas presentan una capacidad
reversible significativa para la captura de fosfatos, con porcentajes de liberación superiores al 78% en
condiciones alcalinas. Esta característica, atribuida a interacciones electrostáticas débiles entre los
fosfatos y las matrices orgánicas, sugiere que estas organoarcillas pueden ser reutilizadas en múltiples
ciclos, lo cual representa una ventaja económica y ambiental frente a otros materiales adsorbentes
inorgánicos.
Agradecimientos
Esta investigación fue cofinanciada con recursos del Fondo de Investigación de la Dirección General
de Investigación (DIGI) de la Universidad de San Carlos de Guatemala, a través de la partida
presupuestaria número 4.8.63.6.75 en el Programa Universitario de Investigación en Desarrollo
Industrial. Asimismo, los autores expresan su agradecimiento a la Universidad del Valle de Guatemala
por el valioso soporte y los aportes brindados para la realización de este estudio.
Lo que orienta futuras investigaciones hacia la optimización de procesos de regeneración, análisis de
nuevas matrices de captura y la integración de estos materiales en estrategias de economía circular para
la gestión de nutrientes en cuerpos de agua contaminados.
CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos en esta investigación confirman que las organoarcillas sintetizadas mediante
funcionalización de bentonita con aminoácidos (glicina, lisina e histidina) presentan eficiencia en la
adsorción de fosfatos en medios acuosos, alcanzando porcentajes de captura de hasta 35.48%, valores
comparables con los reportados en la literatura para materiales arcillosos modificados. Esto valida su
potencial como alternativa viable para la remediación de cuerpos de agua eutrofizados, como el lago de
Amatitlán.
A diferencia de estudios previos realizados únicamente en condiciones controladas con soluciones
sintéticas que contenían fosfatos, este trabajo aporta evidencia experimental en muestras reales de agua
hipereutrófica, lo que representa un avance significativo hacia la aplicación práctica de estas tecnologías
en escenarios ambientales complejos.
El estudio cinético de adsorción-desorción demostró que las organoarcillas presentan una capacidad
reversible significativa para la captura de fosfatos, con porcentajes de liberación superiores al 78% en
condiciones alcalinas. Esta característica, atribuida a interacciones electrostáticas débiles entre los
fosfatos y las matrices orgánicas, sugiere que estas organoarcillas pueden ser reutilizadas en múltiples
ciclos, lo cual representa una ventaja económica y ambiental frente a otros materiales adsorbentes
inorgánicos.
Agradecimientos
Esta investigación fue cofinanciada con recursos del Fondo de Investigación de la Dirección General
de Investigación (DIGI) de la Universidad de San Carlos de Guatemala, a través de la partida
presupuestaria número 4.8.63.6.75 en el Programa Universitario de Investigación en Desarrollo
Industrial. Asimismo, los autores expresan su agradecimiento a la Universidad del Valle de Guatemala
por el valioso soporte y los aportes brindados para la realización de este estudio.
pág. 8143
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