Estudio del equilibrio, cinética, termodinámica y mecanismos de adsorción en la remoción del Rojo Reactivo 195 usando Bio-adsorbente de quitosano modificado

Abstract

Dentro de los colorantes sintéticos se encuentran los reactivos como el Rojo Reactivo 195 (RR195), estos azo-compuestos son usados en la industria textil para el teñido de fibras. Se estima que alrededor del 50% son destinados como efluentes durante su uso [1]. Estos compuestos generan diferentes problemáticas debido a que se descomponen en medio acuoso produciendo 20 tipos de aminas aromáticas carcinogénicas, además de afectar la actividad fotosintética acuática [2]. El uso de materiales bio-adsorbentes es una alternativa para el tratamiento de efluentes. Los materiales bio-adsorbentes 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. Los objetivos del trabajo fueron: (a) sintetizar partículas porosas esféricas de quitosano (EQ) a través de la técnica de coacervación en medio alcalino; (b) caracterizar la microestructura del material obtenido; (c) determinar el porcentaje de remoción (%RM) de las EQ para la adsorción del colorante RR195 variando condiciones de ensayo; (d) evaluar la capacidad adsorbente de EQ en sistemas con presencia de RR195 y modelar las correspondientes isotermas de sorción; (e) calcular los parámetros termodinámicos del proceso, (f) determinar la cinética de adsorción del proceso; (g) caracterizar las interacciones presentes en el proceso de adsorción usando diferentes técnicas como: FTIR, SEM-EDS y potencial Z (h) 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 20.07 nm. El mayor %RM (84.5) se registró a pH=4 partiendo de una concentración inicial de 100 ppm. 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 temperaturas (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=20.7KJ/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 las EQ 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. Estos resultados demuestran que las EQ son potentes bio-adsorbentes con capacidad de remover RR195.[1]Blackburn , R.S.(2004). Natural polysaccharides and their interactions with dye molecules: applications in effluent treatment. Environmental Science & Technology.