Síntesis y caracterización de hidrogeles compuestos de polivinil alcohol, alginato de sodio y bentonita natural para la remediación de aguas contaminadas

Abstract

El uso de arcillas naturales se presenta como una opción económica y eficaz para eliminar colorantes de aguas residuales industriales, gracias a sus características microestructurales y de carga superficial. No obstante, debido al tamaño de sus partículas, estas forman suspensiones coloidales muy estables que causan arrastre y grandes pérdidas de carga en sistemas de filtración, dificultando su separación y recuperación del flujo líquido. Por ello, inmovilizar la mismas en estructuras de mayor tamaño es una alternativa efectiva para minimizar estos problemas. Entre los hidrogeles más utilizados se encuentran el poli (vinil alcohol) y el alginato de sodio, biopolímeros capaces de formar geles por gelación iónica. Por lo tanto, el objetivo del presente trabajo consistió en sintetizar perlas mixtas de PVA-ALG con bentonita, caracterizar su desempeño mecánico y determinar la capacidad de adsorción cuando están en contacto con muestras de agua contaminadas con un colorante modelo. Los resultados preliminares obtenidos mostraron que la combinación de diferentes etapas de gelación iónica mejoró el desempeño mecánico de la matriz de alginato. Asimismo, el uso de rellenos minerales permitió la remoción del 99 % del colorante inicial luego de 32 horas de contacto. Finalmente, se determinó que los biorremediadores obtenidos se ajustaron a un modelo de adsorción de pseudo-segundo orden, confirmando que la etapa controlante del proceso es la adsorción química, siendo despreciables los fenómenos de transferencia de masa en la solución.

The use of natural clays is presented as a cost-effective and efficient option for removing dyes from industrial wastewater thanks to their microstructural and surface charge characteristics. However, due to their particle size, they form very stable colloidal suspensions that cause drag and significant head losses in filtration systems, making their separation and recovery from the liquid stream difficult. Therefore, immobilizing them in larger structures is an effective alternative to minimize these problems. Among the most commonly used hydrogels are poly(vinyl alcohol) and sodium alginate, biopolymers capable of forming gels by ionic gelation. Therefore, the objective of the present work was to synthesize PVA-ALG mixed pearls with bentonite, characterize their mechanical performance, and determine the adsorption capacity when in contact with samples of water contaminated with a model dye. The preliminary results obtained showed that the combination of different stages of ionic gelation improved the mechanical performance of the alginate matrix. Likewise, the use of mineral fillers allowed the removal of 99% of the initial dye after 32 hours of contact. Finally, it was determined that the obtained bioremediators fit a pseudo-second-order adsorption model, confirming that the controlling stage of the process is chemical adsorption, with mass transfer phenomena in the solution being negligible.