Estudio de la remoción de colorantes sintéticos usando una matriz bio-compuesta con materiales cerámicos y quitosano reticulado ionicamente

Abstract

Diferentes actividades industriales utilizan colorantes sintéticos. Se estima que entre 10 y 15% de estos son descartados en cuerpos de agua generando problemas ambientales. Existen varias metodologías para remediar esta situación siendo la adsorción una de las más recomendadas. El desarrollo de bio-adsorbentes es un tema novedoso por ser eco-compatibles; un caso particular es el Quitosano (QS) que es un biopolímero obtenido de residuos de los exoesqueletos de crustáceos. En la actualidad existe una tendencia de inmovilizar QS sobre matrices soportes ya que constituye una alternativa desde el punto de vista económico y tecnológico. Estos materiales se conocen como matrices bio-compuestas y se ha reportado el uso de materiales minerales soporte como la alúmina para generar dichas matrices. La funcionalización del QS por medio de la modificación química, por ejemplo la reticulación iónica, aumenta la performance del proceso. Los objetivos del trabajo son: (a) sintetizar una matriz bio-compuestas usando pellets cerámicos de alúmina y quitosano reticulado iónicamente con ácido oxálico; (b) caracterizar el material usando espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier, microscopía electrónica de barrido acoplada a detector de rayos-X, difracción de rayos X y potencial-Z; (c) determinar el porcentaje de remoción (%RM) de la matriz bio-compuesta para la adsorción del colorante Reactive Red 195 (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 el efecto de la presencia de diferentes iones competitivos en solución en la adsorción de colorante; (h) estudiar el proceso de desorción y regeneración del biomaterial. 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 ácido oxálico. 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 de colorante. El modelo de isoterma de adsorción que mejor ajustó fue Langmuir y la capacidad máxima de adsorción fue de 333.9mg/g, posicionando a la PQO como uno de los mejores materiales para la adsorción del RR195. Del estudio de los parámetros termodinámicos se determinó que el proceso es exotérmico y favorable. El modelo que mejor explica la cinética fue el de Pseudo segundo orden, lo cual implica la naturaleza de la interacción entre colorante y PQO corresponde a quimi-adsorción; esta hipótesis se corroboró mediante parámetros termodinámicos donde la entalpia fue ΔH=-76 kJ.mol-1. El efecto de iones competitivos demostró que el ion sulfato es el que más influye sobre el proceso. Por último, se comprobó que la PQO puede ser sometida a diferentes ciclos de desorción/adsorción manteniendo altos valores de %RM. Partiendo de los resultados 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.