Remoción del colorante reactive red 195 por adsorción en partículas de quitosano modificado

Abstract

La producción mundial de los colorantes sintéticos se estima que es aproximadamente de 1.6 millones de Tn. Estos compuestos químicos son usados en varias actividades como la industria textil y papelera; su uso genera una gran cantidad de efluentes los cuales deben tratarse. Dentro de los colorantes sintéticos se encuentra el Reactive Red 195 (RR195), que se caracteriza por ser un colorante reactivo azoico. Los colorantes azoicos poseen grupos azo y sulfonados, confiriéndoles características aniónicas. El tratamiento de estos efluentes mediante adsorción se realiza mediante la utilización de diferentes materiales como los bio-adsorbentes. Algunos materiales bioadsorbentes se pueden elaborar a base de quitosano, un biopolímero biodegradable, que se obtiene de residuos de crustáceos. La presencia de grupos amino libres le confiere un carácter de polielectrolito catiónico natural. Los objetivos del trabajo fueron: (a) sintetizar partículas porosas esféricas de quitosano (EQ) a través de la técnica de coacervación en medio alcalino; (c) caracterizar la microestructura del material obtenido; (b) determinar el porcentaje de remoción (%RM) de las EQ para la adsorción del colorante RR195 variando condiciones de ensayo; (c) evaluar la capacidad adsorbente de EQ en sistemas con presencia de RR195 y modelar las correspondientes isotermas de sorción; (d) calcular los parámetros termodinámicos del proceso, (e) determinar la cinética de adsorción del proceso; (f) caracterizar las interacciones presentes en el proceso de adsorción usando diferentes técnicas como la espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (FTIR), microscopía electrónica de barrido acoplada a detector de rayos-X (SEM-EDS) y potencial Z (g) Estudiar el proceso de desorción y regeneración del biomaterial. El diámetro medio de las EQ obtenidas fue 1.87mm. A partir de micrografías SEM se caracterizó la morfología superficial de las EQ, y usando porosimetría de inclusión de N2 se determinó la distribución de tamaños de poros siendo su valor medio de 20.07 nm. El mayor %RM (84.5) se registró a pH=4 partiendo de una concentración inicial de 100 ppm del RR195. Mediante regresiones no-lineales se ajustaron los modelos matemáticos correspondientes a las isotermas y cinéticas de adsorción calculando en cada caso el error porcentual absoluto medio (%e), distribución chi-cuadrado (χ2) y coeficiente de determinación (R2). Se obtuvieron isotermas de adsorción a distintas temperatura (25,35 y 45ºC). Para el caso de 45ºC la capacidad máxima de adsorción fue de 82.1 mg/g. El modelo que mejor ajustó fue el Redlich-Peterson. A partir de las isotermas se obtuvieron los siguientes parámetros termodinámicos: ΔH=20.KJ/mol; ΔG= -12.10KJ/mol (45ºC) y ΔS=0.10KJ/mol K. El modelo que mejor ajustó la cinética de adsorción fue el mixto de difusión y adsorción (MSR-DK). A partir del análisis de los espectros de FTIR y de los parámetros termodinámicos se pudo concluir que el tipo de interacción entre el colorante y el QS fue de naturaleza electrostática y mediante uniones puente de hidrógeno. El %RM alcanzado fue mayor al 80% luego de 10 h, lo cual indica que las EQ lograron reducir la concentración de colorante en tiempos de proceso adecuados para la industria. Los experimentos de desorción/regeneración demostraron que EQ pueden ser usadas en múltiples ciclos. Por todo lo anterior se comprobó que las EQ son excelente adsorbentes con capacidad de remoción de colorantes azoicos.