“Adsorción de metales pesados con materiales basados en biopolímeros modificados químicamente”

Abstract

El crecimiento de la población demanda cada vez una industrialización mayor, contribuyendo a través de los años a generar diversos problemas ambientales, los cuales son de gran preocupación para la comunidad científica. Gran parte de las investigaciones en los últimos años se han centrado en tratar la contaminación del agua, ya que en la mayoría de los procesos industriales se realizan descargas de múltiples contaminantes como metales pesados, colorantes, surfactantes, entre otros. Dos de las configuraciones más utilizadas a gran escala son los procesos por lotes y columna. Por otra parte, el desarrollo de nuevos materiales está orientado a la combinación de dos o más materiales (materiales compuestos o composites) con la finalidad de obtener propiedades que no podrían ser alcanzadas por los componentes individuales, o bien realizar la síntesis de materiales que provengan de fuentes renovables, por lo que el uso de polisacáridos ha cobrado relevancia en los últimos años. Es por ello que en el presente trabajo se generaron materiales compuestos con la finalidad de evaluar su capacidad de captación frente a diversos contaminantes, Cr(VI) y colorantes aniónicos, en sistemas por lotes y columna. Se realizó la caracterización de los materiales mediante diversas técnicas como espectrocopía FT-IR, SEM, SEM-EDX y TGA. Este proceso de caracterización confirmó para algún caso particular la introducción de agentes silanizantes a los materiales (logrando cargas del agente hasta del 6.2%), o bien, la inclusión de un material a una matriz de soporte (nanoplaquetas de grafeno “GNP” en esferas de celulosa). Las pruebas de adsorción en batch de Cr(VI) para el caso del material silanizado mostraron capacidades de adsorción de hasta 155 mg gquitosana-1, lo cual representa una mejora sustancial de hasta 23 % para los experimentos por lotes, mientras que en columna se logró una capacidad de adsorción de hasta 102 mg gquitosana-1. Además, se propuso una configuración alternativa para la regeneración de columna en la cual es posible minimizar hasta 20 % el volumen tratado, mejorando la vida útil del adsorbente. Por otra parte, se realizaron pruebas exploratorias para este material compuesto (sin agente silanizante) en sistemas binarios de adsorción Cr(VI)-Poceau Xylidine, en las cuales se encontró un efecto antagonista entre ambos contaminantes, en el cuál el tamaño de la molécula juega un papel fundamental ya que posiblemente restringe la difusión y transferencia de masa del bulk hacia los sitios activos. Finalmente, en lo que respecta a los experimentos de adsorción de rojo Congo con el material celulosa-GNP, se encontraron capacidades de adsorción de hasta 140 mg g-1. Los experimentos cinéticos mostraron que la cinética es muy lenta, se alcanzó el equilibrio después de los 400 min, por lo que el tiempo para alcanzar el equilibrio fue mejorado mediante la implementación de un esquema diferencial por lotes, consiguiendo eficiencias de adsorción cercanas al 100 % en un tiempo de 100 min.