Compuesto de resina fenol-formaldehído con quitosana y fibra de agave para la adsorción de arsénico

Abstract

En la presente tesis, se preparó una matriz porosa a partir de quitosana, una resina fenol-formaldehído y fibra de agave extraída de las tequileras del estado de Jalisco. Los materiales fueron preparados variando las cantidades de los materiales precursores, se fue incrementando la cantidad de fibra de agave (0, 5, 10 y 15%), para seleccionar qué porcentaje de fibra es el mejor dentro de la matriz sin llegar a una saturación. Además, se variaron las proporciones de la relación resina / quitosana (51.5, 25.7, 14.6, 6.5) para cada porcentaje de fibra de agave. La quitosana contiene grupos hidroxilos (-OH) y aminos (-NH2), capaces de adsorber iones metálicos libres mediante interacción química y electrostática. Las formulaciones preparadas se utilizaron como empaque en una columna de absorción para soluciones de metales pesados de Cromo (Cr+6) y Arsénico (As+3). Las pruebas de adsorción se realizaron a temperatura y flujo controlados. Se prepararon soluciones de 10, 20, 40, 60, 80, 100, 150 mg/L, de Cr+6 y As+3. Los resultados de adsorción en la columna empacada muestran una eficiencia del 50% de adsorción para los dos metales. La capacidad de adsorción máxima para el (Cr+6) fue de 111.44 mg Cr (VI) / g de quitosana a un pH de 5. Mientras que para la solución de (As+3) la capacidad de adsorción máxima es de 165.10 mg As (III) / g de quitosana a un pH de 8.5. La caracterización de la matriz adsorbente se realizó mediante pruebas de flexión de tres puntos bajo la norma ASTM D 790, donde se midió el módulo de flexión y el límite elástico. Se utilizó un Microscopio Electrónico de Barrido (SEM) y un estereoscopio para observar la superficie y la porosidad. Para identificar los principales grupos funcionales y modificaciones químicas del material, se utilizó Espectroscopía Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR). Se utilizaron técnicas adicionales para la caracterización del material; análisis térmico con Análisis Termogravimétrico (TGA) y Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC). La cuantificación de la adsorción de cromo se realizó por la técnica Espectroscopia Ultravioleta-Visible (UV/VIS) bajo la Norma Mexicana NMX-AA-044-SCFI-2014. Mientras que, para el arsénico adsorbido, se utilizó la técnica de Espectroscopia Atómica de Fluorescencia (AFS). Finalmente, se realizó un análisis de Espectroscopia de Fotoelectrones emitidos por Rayos X (XPS), donde se estudian los cambios en la energía de enlace, antes y después del proceso de adsorción.