Soluciones ambientalmente amigables para el tratamiento de medios acuosos conteniendo colorantes textiles: Zeolitas procedentes de residuos y biomasa bacteriana

Abstract

Tesis Doctoral inédita cotutelada por la Universidade Federal de Santa Catarina (Brasil) y por la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Geología y Geoquímica. Fecha de Lectura: 22-11-2024Esta tesis tiene embargado el acceso al texto completo hasta el 22-05-2026La contaminación de los recursos hídricos debida a las aguas residuales contaminadas con colorantes es una gran preocupación medioambiental. Con el objetivo de aportar soluciones para minimizar la disminución de las fuentes de agua y la contaminación ambiental, este estudio aborda la aplicación de tecnologías de tratamiento ambientalmente amigables desarrolladas a partir de fuentes renovables y sostenibles, para la decoloración de diferentes colorantes textiles, Índigo Carmín (IC) y Safranina-T (ST) como modelos de colorante aniónico y catiónico, respectivamente. Para ello, se utilizaron i) tecnología de adsorción utilizando zeolitas adsorbentes sintetizadas a partir de residuos industriales y agrícolas como fuentes de aluminio y silicio y ii) biomasa bacteriana y tecnología bioelectroquímica utilizando una Celda de Combustible Microbiana (CCM). En la primera etapa de esta investigación, se sintetizaron diferentes tipos de zeolitas altamente cristalinas, NaP, LTA y SOD, a partir de la combinación exclusiva, por primera vez, de residuos de escorias salinas de aluminio y cenizas de cáscara de arroz (CCA) como materias primas no convencionales y de bajo coste. Las zeolitas se obtuvieron bajo diferentes condiciones experimentales mediante síntesis hidrotermal y sol-gel, demostrando su papel fundamental en el desarrollo y cristalización de fases específicas de zeolita. La zeolita NaP se obtuvo mediante síntesis hidrotermal y las zeolitas LTA y SOD se obtuvieron mediante síntesis sol-gel. Mientras que las concentraciones más altas de sodio dieron lugar a la zeolita SOD, la formación de la zeolita LTA se vio favorecida a temperaturas más altas y tiempos de envejecimiento más largos. La aplicación de la zeolita LTA obtenida mediante a partir de residuos de aluminio como agente de tratamiento en este estudio demostró su alta eficiencia (>98%) y rapidez (<1 min) en la decoloración del colorante catiónico ST en disoluciones acuosas. Estos resultados fueron incluso superiores a los obtenidos con una zeolita LTA comercial, lo que pone de manifiesto sus excelentes propiedades adsorbentes, y la convierte en una alternativa prometedora y sostenible frente a los adsorbentes obtenidos a partir de reactivos químicos comerciales. Además, el mecanismo de eliminación identificado como fisisorción sugiere interacciones débiles y reversibles entre las moléculas de colorante y la superficie de la zeolita, permitiendo sucesivas regeneraciones del material adsorbente mediante desorción. En la segunda etapa del estudio, se logró la eliminación biológica con éxito (>96%) del colorante aniónico IC utilizando la bacteria Pseudomonas aeruginosa. Mientras tanto, en la CCM de cámara única inoculada con lodo anaerobio, el colorante IC, aunque generó mayores potenciales de bioelectricidad, su rendimiento de decoloración fue inferior al del colorante ST, que superó la notable eficiencia de eliminación del 93%. Los resultados mostraron el excelente rendimiento de las estrategias de tratamiento empleadas, especialmente en la eliminación del colorante catiónico, destacando la gran influencia de la estructura molecular y la naturaleza iónica de estos contaminantes en los procesos de tratamiento. La interacción electrostática de las partículas cargadas negativamente de las zeolitas y también de la biomasa bacteriana con las cargas superficiales positivas del colorante ST en disolución permitió la eliminación mediante adsorción, mientras que la eliminación del colorante IC sólo se consiguió mediante biodegradación, debido a su carácter aniónico. El desarrollo y aplicación de estas tecnologías emergentes e innovadoras representan un gran avance para el campo medioambiental, ofreciendo alternativas complementarias a los métodos de tratamiento convencionales y contribuyendo a la preservación del medio ambiente, la economía circular y la sostenibilida