Adsorción de colorantes utilizando matrices bio-compuestas: recubrimientos de pellets cerámicos con quitosano reticulado

Abstract

Varios procesos requieren altas cantidades de agua con presencia de colorantessintéticos. Esto genera problemáticas toxicológicas en los ecosistemas acuáticos. Dentro de los colorantes sintéticos se encuentra los azo compuestos, los cuales se caracterizan por tener un grupo azo, además del grupo sulfonato el cual en medio acuoso le confiere características aniónicas. El tratamiento de estos efluentes mediante adsorción se realiza mediante el uso de diferentes materiales. Actualmente existe la tendencia de usar adsorbentes alternativos para su utilización a escala industrial, dentro de estos se encuentran matrices compuestas que incorporan biopolímeros como el quitosano (QS) y soportes minerales, estas matrices reciben el nombre de materiales biocompuestos. Existen modificaciones del QS para potencializar su uso, entre los que seencuentran la reticulación iónica. El uso del ácido oxálico (AO) como agente reticulante se ha explorado para la creación de matrices entre el QS y alúmina.Los objetivos del presente trabajo son: (a) sintetizar una matriz bio-compuestas usando pellets cerámicos de alúmina con QS reticulado con AO para la remoción del colorante Rojo Reactivo 195 (RR195); (b) caracterizar el material usando FTIR,SEM-EDS,DRX, TGA, porosimetría de inclusión de mercurio y potencial-Z; (c) determinar el porcentaje de remoción (%RM) de la matriz bio-compuesta para la adsorción del colorante RR195 variando condiciones de ensayo; (d) estudiar el equilibrio del proceso de adsorción y modelar las correspondientes isotermas; (e) calcular los parámetros termodinámicos del proceso; (f) determinar la cinética de adsorción y modelar los resultados; (g) evaluar elefecto de la presencia de diferentes iones competitivos en la adsorción de colorante; (h) estudiar el proceso de desorción y regeneración de la matriz bio-compuesta; (i) caracterizar las interacciones y mecanismos presentes en el proceso de adsorción entre la matriz bio-compuesta y el colorante RR195.La matriz bio-compuesta (PQO) consistió en pellets cerámicos formulados con un 75% alúmina, 20% de bauxita, 2% caolín y 2 % talco. Como material filmogénico se usó QS reticulado iónicamente con AO. El pH óptimo para la adsorción fue pH=2; usando una dosis=0.85g/L se logró un %RM de 80.35 partiendo de una concentración inicial de 150 ppm. El modelo de isoterma de adsorción que mejor ajustó fue Langmuir y la capacidad máxima de adsorción fue de 333.9mg/g. Del estudio de los parámetros termodinámicos se determinó que el proceso es exotérmico y favorable. La cinética de pseudo segundo orden, presentó el mejor ajuste a los datos experimentales lo cual implica la naturaleza de la interacción entre colorante y PQO corresponde a quimi-adsorción; esta hipótesis se corroboró mediante parámetros termodinámicos siendo la entalpia ΔH=-76 kJ.mol-1. El efecto de iones competitivos demostró que el ion sulfato es el que más influye sobre elproceso. Por último, se comprobó que la PQO puede ser sometida a diferentes ciclos de desorción/adsorción manteniendo altos valores de %RM. Se puede concluir que la matriz bio-compuesta desarrollada es un excelente material para la remoción de colorantes con implicaciones tecnológicas como la utilización en columnas de adsorción ya que logra inmovilizar el bio-polímero aumentando la estabilidad mecánica.