Recuperación de fósforo de aguas residuales

El fòsfor és un recurs limitat, molt valuós i necessari per al desenvolupament de vida al nostre planeta. Els elevats abocaments incontrolats que es porten realitzant des de fa anys i al ritme d'extracció que es porta en l'actualitat, es considera que a curt termini hi haurà greus problemes mediambientals i de aprovisionament a nivell global. Tenint en compte aquesta problemàtica i que el fòsfor és un element essencial per a la nostra societat actual com el fet que és un component important en les aigües residuals d'origen domèstic i agrícola, és necessària la investigació de noves tecnologies, econòmicament i tècnicament viables, per reciclar aquest element i afavorir a una economia circular que tindria un gran impacte positiu tant a nivell econòmic com mediambiental. Actualment, els mètodes més utilitzats per a l'eliminació i/o recuperació de fòsfor consisteixen en la precipitació, cristal·lització i adsorció, sent aquest últim l'objecte d'estudi d'aquest treball. Aquesta tesina té com a objectiu la prospecció de la capacitat que tenen els sistemes naturals de recuperar i reutilitzar el fòsfor per a l'ús agrícola, realitzant diferents estudis de cinètica i adsorció amb diferents subproductes industrials per verificar el seu potencial en un mitjà més complex. S'ha realitzat una revisió bibliogràfica de l'estat del tema juntament amb diferents experiments amb diverses metodologies per avaluar la capacitat d'adsorció de fòsfor de cada un dels subproductes industrials. A més, s'ha proposat tant l'ús de tecnologies més avançades per estudiar de manera més precisa la cinètica d'adsorció d'aquests materials en casos reals com a possibles tecnologies alternatives per concentrar aquest fòsfor per a una major eficiència de recuperació. La idea principal del treball és poder extrapolar aquests sistemes d'adsorció de fòsfor a sistemes naturals de tractaments d'aigua residual, com serien els aiguamolls construïts.El fósforo es un recurso limitado, muy valioso y necesario para el desarrollo de vida en nuestro planeta. Los elevados vertidos incontrolados que se llevan realizando des de hace años y al ritmo de extracción que se lleva en la actualidad, se considera que a corto plazo habrá graves problemas medioambientales y de abastecimiento a nivel global. Teniendo en cuenta dicha problemática y que el fósforo es un elemento esencial para nuestra sociedad actual como el hecho de que es un componente importante en las aguas residuales de origen doméstico y agrícola, es necesaria la investigación de nuevas tecnologías, económicamente y técnicamente viables, para reciclar dicho elemento y favorecer a una economía circular que tendría un gran impacto positivo tanto a nivel económico como medioambiental. Actualmente, los métodos más utilizados para la eliminación y/o recuperación de fósforo consisten en la precipitación, cristalización y adsorción, siendo este último el objeto de estudio de este trabajo. Esta tesina tiene como objetivo la prospección de la capacidad que tienen los sistemas naturales de recuperar y reutilizar el fósforo para el uso agrícola, realizando diferentes estudios de cinética y adsorción con diferentes subproductos industriales para verificar su potencial en un medio más complejo. Se ha realizado una revisión bibliográfica del estado del tema junto con diferentes experimentos con varias metodologías para evaluar la capacidad de adsorción de fósforo de cada uno de los subproductos industriales. Además, se ha propuesto tanto el uso de tecnologías más avanzadas para estudiar de manera más precisa la cinética de adsorción de dichos materiales en casos reales como posibles tecnologías alternativas para concentrar dicho fósforo para una mayor eficiencia de recuperación. La idea principal del trabajo es poder extrapolar estos sistemas de adsorción de fósforo a sistemas naturales de tratamientos de agua residual, como serian los humedales construidos.Phosphorus is a finite resource, very valuable and necessary for the development of life on our planet. Uncontrolled discharges have been carried out for years and at this rate of extraction, it is considered that there will be serious environmental and supply problems worldwide in the short term. Taking into account that phosphorus is an essential element for our society as well as the fact that it is an important element in domestic and agricultural wastewaters, it is necessary to find new technologies, economically and technically feasible, to recover it and boosting a circular economy that would have a positive impact both economically and environmentally. The most used methods for the phosphorus removal and recovery consist of precipitation, crystallization and adsorption, the latter being the object of study of this project. This thesis aims to prospect the capacity of natural systems to recover and reuse phosphorus for agricultural use, conducting various kinetic and adsorption studies with different industrial subproducts to check its potential in a more complex environment. A bibliographic review of the state of the art has been carried out with experiments with different methodologies to evaluate the phosphorus adsorption capacity for each of the materials. In addition, the use of more advanced technologies to study accurately the adsorption kinetics of such materials in real cases, as well as potential alternative technologies to concentrate such phosphorus to improve the recovery efficiency have been proposed. The goal of this project is to be able to extrapolate these phosphorus adsorption systems to natural wastewater treatment systems, such as constructed wetlands

Evaluación de la capacidad de residuos florícolas (Tallos de rosa) como bioadsorbente de cromo presente en los efluentes de la industria curtiembre.

Esta investigación evaluó la capacidad de los residuos florícolas (tallos de rosa) como bioadsorbente de cromo del efluente de curtido. En primer lugar se realizó una caracterización físico-química de este bioadsorbente, para luego llevar a cabo diferentes estudios de parámetros relevantes, tales como: dosis de biomasa, pH, tiempo de contacto. Con base a esto se determinó que el bioadsorbente virgen no posee una elevada eficiencia de adsorción, razón por la cual se procedió a modificar químicamente, con soluciones de ácido sulfúrico, hidróxido de sodio y citrato de sodio por separado, obteniendo un mayor porcentaje de adsorción con el bioadsorbente modificado con ácido sulfúrico. Con este adsorbente en soluciones sintéticas de sulfato básico de cromo se establecen, que las condiciones óptimas del proceso de adsorción son: 30 gramos, pH 6 y 20 horas. Se realizó el estudió la cinética de bioadsorción, alcanzando el equilibrio con el 69 % de remoción, el modelo cinético que mejor se ajusta a los datos experimentales es el de Pseudo de Segundo Orden y en cuanto al estudio de equilibrio, se ve representado por la isoterma de Sips, la misma que establece una capacidad máxima de adsorción de 5,21 mg Cr /g bioadsorbente. Por último se probó el bioadsorbente en una muestra del efluente de la curtiduría Promepell S.A en las condiciones antes indicadas obteniéndose el 57,01% de remoción.This research assessed the capacity of flower residues (rose stems) as chromium bio-adsorbent of the tanning effluent. In the first place, a physicochemical characterization of this bio-adsorbent was carried out, to then perform different studies of relevant parameters, such as biomass dose, pH, contact time. Based on this it was determined that the virgin bio-adsorbent does not have a high absorption efficiency, which is why it was chemically modified, with solutions of sulfuric acid, sodium hydroxide separately, obtaining a higher percentage of absorption with the modified bio-adsorbent with sulfuric acid. With this adsorbent in synthetic solutions of basic chromium sulfate are established, that the optimal conditions of the absorption process are: 30 grams, pH 6 and 20 hours. The study of the kinetics of bio-adsorption was carried out, reaching the equilibrium with the 69% removal, the kinetic model that best fits the experimental data is the Second Order Pseudo and as for the equilibrium study, it is represented by the Sips isotherm, the same that establishes a maximum capacity and absorption of 5.1 mg Cr / g bio-adsorbent. Finally, the bio-adsorbent was tested in a sample of the effluent of the Promepell tannery S.A. under the conditions indicated above, obtaining 57.01% removal

Elaboración de un material biosorbente a partir de la cáscara de plátano (Musa sp.) para ser utilizado en la remoción de cromo VI proveniente de las aguas residuales de la industria de curtiembre

En el presente trabajo la cáscara de plátano tiene un uso importante debido a que la base para elaborar el material de biosorbente con la finalidad de utilizarlo en el tratamiento de aguas residuales de la Industria de Curtiembre mediante el proceso de biosorción, que es el mecanismo de remoción del contaminante principal. El método considerado para evaluar la efectividad del material biosorbente fue dentro de un proceso discontinuo o batch, simulando a nivel de laboratorio el sistema de adsorción. En la primera fase de la investigación se elaboró el material biosorbente a partir del residuo orgánico mediante procedimientos físicos basta obtener el polvo. En la segunda, se realizó el análisis químico o las muestras de agua residual para la determinación de cromos VI, obteniendo un porcentaje de remoción de aproximadamente 98% la disposición final del sólido dependerá de la alternativa que mejor se adecue al cas

Utilización de nanopartículas magnéticas para eliminar los metales pesados en el agua tratada por la PTAR el salitre

Trabajo de investigaciónEsta investigación se enfocó en sintetizar nanopartículas de magnetita, capaces de adsorber metales pesados, se seleccionó a la PTAR Salitre como objeto de estudio, se modeló y simuló la Planta en el programa GPS-X, y se implementó al proceso con el Software FAST 2.1 una columna de adsorción cuyo lecho estaba compuesto por el material sintetizado.INTRODUCCIÓN 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA E HIPÓTESIS 2. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN 3. OBJETIVOS 4. MARCO DE REFERENCIA 5. METODOLOGÍA 6.RESULTADOS Y ANÁLISIS 7. CONCLUSIONES 8. RECOMENDACIONES LISTA DE REFERENCIAS ANEXOSPregradoIngeniero Civi

Estudio de la composición orgánica de la vinaza y metodologías para eliminar sus efectos contaminantes

En la Provincia de Tucumán, República Argentina, se ubican empresas dedicadas a la obtención de etanol a partir de melaza de caña de azúcar. Los efluentes de la producción de etanol incluyen agua de enfriamiento de condensadores, agua del lavado de tanques de fermentación y vinazas, siendo éstas últimas los efluentes más contaminantes de las destilerías debido a su concentración de material orgánico biodegradable y no biodegradable. Las vinazas se generan en grandes volúmenes produciéndose de 10 a 13 litros de vinaza por cada litro de alcohol destilado. Estos efluentes se caracterizan por tener altas temperaturas, pH ácido y elevados valores de DQO y DBO5, así como de sólidos totales. En el presente trabajo, se realizaron ensayos de adsorción de los componentes de la vinaza sobre cuatro tipos de carbón activado, con el fin de evaluar el método de adsorción como alternativa para la remediación de aguas contaminadas con dicho residuo. Como factor de respuesta se utilizó la determinación de compuestos orgánicos totales (TOC) y la determinación de compuestos fenólicos totales (TPC). En primer lugar, se realizó la caracterización fisicoquímica de la vinaza. Se midió el pH, la conductividad eléctrica, el contenido de sólidos totales, sólidos disueltos, sólidos suspendidos, proteínas, compuestos fenólicos totales y de compuestos orgánicos totales. Se determinó también la cantidad de oxígeno necesaria para la degradación bioquímica de la materia orgánica presente, por medio de la medición del DBO5, y la cantidad de oxígeno necesaria para la oxidación química de la materia orgánica, por medio de la medición del DQO. Con los datos obtenidos de DBO5 y DQO se calculó el índice de biodegradabilidad. La vinaza estudiada presenta pH ácido (4,74) y una conductividad eléctrica de 28 mS.cm-1. El contenido de sólidos en suspensión es de 57,1 g.L-1, el de sólidos disueltos es 25,9 g.L-1 y el de sólidos totales es igual a 83,0 g.L-1. Se encontró un contenido de proteínas menor a 0,1 g.L-1. La cantidad de compuestos fenólicos totales es de 0,675 g.L-1 y el de compuestos orgánicos totales es 182,05 g.L-1. El DBO5 es 14,53 g.L-1, el DQO es 15,344 g.L-1 . Se realizaron estudios utilizando cromatografía gaseosa y cromatografía líquida de alta resolución de extractos obtenidos a partir de alícuotas de vinaza de diferente pH. A partir de los espectros obtenidos se realizó una identificación tentativa de los componentes de dicho residuo. Se identificó una cantidad importante de hidrocarburos (alifáticos y aromáticos) y una gran variedad compuestos fenólicos. Los compuestos fenólicos más abundantes se pueden clasificar como flavonas y derivados de flavonas, derivados de resorcinol, derivados de malvidina y derivados de ácido ferúlico. Los adsorbentes utilizados fueron los carbones activados comerciales CAT, CHAC, CARBOPAL y CONCARBO, los cuales fueron caracterizados mediante isotermas de adsorción-desorción de nitrógeno, espectroscopía FT-IR, análisis térmicos, titulación de Boehm y determinación del punto de carga cero. El carbón activado CAT presenta una isoterma de adsorción de nitrógeno del tipo IV típica de los adsorbentes mesoporosos y su superficie específica es de 1189,43 m2.g-1. Los estudios de la química superficial arrojaron que el CAT presenta grupos ácidos en su superficie (5.10-4 moles.g-1) y que su punto de carga cero es 7,5. El carbón activado CHAC presenta una isoterma de adsorción de nitrógeno del tipo IV y la superficie específica es de 637,9 m2.g-1. Los resultados del estudio de la química superficial arrojaron que el carbón CHAC presenta grupos ácidos (2.10-4 moles.g-1) y grupos básicos (1.10-4 moles.g-1) en su superficie. Su punto de carga cero es 7,4. En cuanto al carbón CARBOPAL, la isoterma de adsorción de nitrógeno resultó como en el caso de los demás adsorbentes, comparable a una del tipo IV, característica de sólidos mesoporosos. Su superficie específica calculada fue de 1287 m2.g-1. Presenta 7.10-4 moles.g-1 de grupos ácidos y 1.10-4 moles.g-1 de grupos básicos superficiales. El punto de carga cero determinado es de 4,4. El carbón CONCARBO presenta una isoterma de adsorción de nitrógeno del tipo IV al igual que los otros tres carbones activados, la superficie específica es de 981,3 m2.g-1. Se observó que en su superficie presenta una concentración de grupos ácidos igual a 1,36.10-4 moles.g-1. El punto de carga cero determinado es de 7,5.Facultad de Ciencias Exacta

Utilización de nanopartículas magnéticas (MNPs) y biomasa residual de citrus unshuiu/citrus reticulata para remoción de compuestos orgánicos persistentes en aguas residuales sintéticas

Trabajo de investigaciónEn el presente trabajo se muestra los estudios realizados para determinar la capacidad de adsorción de un material biodegradable proveniente de diferentes actividades como lo son el uso industrial, agrícola y actividades cotidianas del ser humano, evaluados en un escenario de agua sintética contaminada por el uso de productos de cuidado personal las cuales son desechados después de haber realizado actividades las personas; de esa manera se pretende caracterizar los compuestos orgánicos y realizar un aporte en cuidado ambiental en el agua. Se llevó a cabo en la preparación de agua sintética mezclada con el contaminante azul de metileno debido a que su estructura química orgánica es similar al de los productos de cuidado personal, y con la aplicación de conocimientos adquiridos previamente sobre técnicas de adsorción para la remoción de partículas contaminantes de compuestos orgánicos implementando nanopartículas modificadas con biomasa residual de cáscara de mandarina, se realiza la caracterización de la cáscara de mandarina y se analiza por medio de los modelos de isoterma de Langmuir y Freundlich cuál se ajustaba más según los datos de absorbancia medidos por espectrofotometría.INTRODUCCIÓN 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 2. JUSTIFICACIÓN 2. ESTADO DEL ARTE 4. ANTECEDENTES 5. OBJETIVOS 6. ALCANCES 7. LIMITACIONES 8. MARCO DE REFERENCIA 9. METODOLOGIA 10. ANÁLISIS Y RESULTADOS 11. CONCLUSIONES 12. RECOMENDACIONES REFERENCIAS WEBGRAFIA ANEXOSPregradoIngeniero Civi

Remoción del disruptor endócrino nonilfenol polietoxilado de aguas residuales empleando sistemas combinados (biológicos y fisicoquímicos)

El agua es un recurso natural escaso e indispensable para la vida humana y el desarrollo sostenible. Muchas de las actividades humanas contribuyen al deterioro del medio ambiente debido a la gran variedad de residuos vertidos en los cuerpos de agua. Algunas de estas sustancias son persistentes y causan serios efectos en la salud durante largo período de tiempo, como ocurre con los disruptores endócrinos (DEs). Los DEs son sustancias exógenas o mezclas que alteran las funciones del sistema endócrino y consecuentemente causa efectos adversos a la salud en un individuo, en su descendencia o en parte de la población, como el deterioro en la capacidad reproductiva, alteraciones en el desarrollo de los órganos genitales, mayor frecuencia de la endometriosis y el cáncer en los órganos que dependen de las hormonas, como es el caso de la mama, de la próstata, del testículo y del ovario. Dentro de la familia de DEs se encuentran los Nonilfenoles polietoxilados (NPEOx), surfactantes no iónicos perteneciente al grupo de los Alquilfenoles Polietoxilados, ampliamente utilizado en varias aplicaciones industriales, tales como el procesamiento de textiles y cueros, industria del papel, la formulación de pesticidas, pinturas y limpiadores. Los NPEOx comerciales son mezclas polidispersas compuestas por una distribución normal de oligómeros del Nonilfenol con un número promedio de unidades de óxido de etileno o unidades etoxiladas (x). Las plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas e industriales convencionales tienen una capacidad limitada en cuanto a la eliminación de DEs. Estos sistemas se componen de un pretratamiento, tratamiento primario y de un sistema de tratamiento secundario o reactor biológico y son diseñadas para la eliminación de parámetros contaminantes tales como DBO, DQO, sólidos suspendidos o nutrientes. En consecuencia, los residuos de DEs ingresan al ecosistema acuático a través de efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales por lo que es necesario contemplar la combinación de varios procesos de tratamiento para su remoción. En este trabajo de tesis se estudió la remoción de tres mezclas comerciales de NPEOx con x= 5, 9 y 12 denominadas NPEOav5, NPEOav9 y NPEOav12, respectivamente del agua residual por combinación de los procesos de oxidación biológica en reactores de barros activados y procesos fisicoquímicos de adsorción, a fin de conseguir la completa eliminación de este contaminante. Cada una de estas mezclas comerciales estaba constituida por una distribución normal de oligómeros (NPEOi), donde el oligómero con unidades etoxiladas igual al promedio de la mezcla era el mayoritario (NPEO5, NPEO9 y NPEO12). Para la determinación cuantitativa de los oligómeros presentes en las muestras se desarrolló un método de HPLC-UV. El método permitió una separación parcial de los oligómeros usando una columna C8 y fase móvil AcN/H20 en el modo isocrático. Comprobando que muestras de mezclas comerciales ensayados concordaban con la distribución de Poisson y que la absorción molar de cada NPEOi no dependía del numero de unidades etoxiladas (i) se estableció una metodología para la determinación de la distribución del tamaño molecular de NPEOi en muestras con una distribución desconocida. La metodologia propuesta se comprobó utilizando mezclas comerciales preparadas y en todos los casos el error absoluto fue de menos de 5% de la concentración real. Durante el tratamiento biológico de barros activados no se observó la total eliminación o mineralización del NPEOx; se estableció que el mecanismo de biodegradacion era a traves de acortamiento secuencial de la cadena de etoxilos, los cuales eran la verdadera fuente de carbóno para el crecimiento bacteriano, seguido de la adsorción de los NPEOx de cadena corta a la biomasa. Se observó una eficiencia de remoción de los oligómeros con i 5 cercana al 100%, mientras que los NPEOi de cadena corta generados por despolimerización se acumulaban sobre la biomasa, principalmente como NPEO2 (57%), NPEO3 (22%) y NPEO4 (11%). Este mecanismo de degradacion conduce a la acumulación de productos degradacion más lipofilicos y persistentes que los que le dieron origen. Se estudió el proceso de aclimatación del consorcio microbiano para utilizar NPEOx como única fuente de carbóno partiendo de inóculos de distinta procedencia y se analizaron las comunidades bacterianas implicadas en la biodegradación. La técnica de respirometría intermitente permitió determinar la velocidad de consumo de oxígeno como indicador de la actividad de microorganismos aerobios y el modelado matemático de la cinética de biodegradacion, ensayando diferentes concentraciones iniciales del contaminante, permitió predecir el comportamiento del consorcio microbiano. Los resultados indicaron la existencia de un efecto tóxico para la biomasa que metabolizaba NPEOx Por otro lado, se estudió la capacidad del carbón activado y del lignito, como una alternativa de adsorbente económico, para remover NPEOx. Se realizaron mediciones de la tensión superficial de mezclas de NPEOav5, NPEOav9 y NPEOav12 para determinar el área por molécula y la concentración micelar critica (CMC) de cada surfactante. Para caracterizar los adsorbentes se determinaron las isotermas de adsorción y desorción, medición de porosidad y área superficial empleando el método BET; se determinó la distribución de tamaño de partículas por dispersión de luz dinámica (DLS) y por microscopía electrónica de barrido (SEM), además se realizaron análisis por espectroscopia Infrarroja (FT-IR) y medidas del potencial Z para el estudio de las interacciones absorbato-absorbente. El estudio del proceso de adsorción incluyó la determinación de las concentraciones residuales de NPEOx y los oligómeros individuales por HPLC de las soluciones de sobrenadante a distintos intervalos de tiempo, el estudio de las cinéticas de adsorción y de las isotermas de adsorción. Asimismo, se realizó el tratamiento a diferentes temperaturas para la determinación de los parámetros termodinámicos Como la adsorción resultó más favorable para NPEOx de cadena corta, el tratamiento por adsorción con carbones se propuso como un sistema complementario o tratamiento terciario adecuado para la remoción de NPEOx de aguas residuales. Se analizó entonces, el proceso de adsorción con carbones como un tratamiento terciario, posterior al tratamiento biológico, a partir del cual se obtuvo una remoción completa del contaminante, incluso con el adsorbente más económico (Lignito) con la ventaja que no se detectó el oligómero de cadena corta al finalizar el tratamiento por adsorción. Finalmente, se estudió el tratamiento combinado en una sola etapa en la que se agregó carbón activado o lignito en polvo al sistema biológico de tratamiento aeróbico que logró la remoción completa del NPEOx. El barro activado del tratamiento combinado en una sola etapa mostró buenas características de compactación y de sedimentación y produjo un consorcio microbiano estable frente a la adición del contaminante. La mezcla de carbones con la biomasa en el tratamiento potenció la actividad de los microorganismos, favoreciendo una mejora en la eficiencia de la eliminación de NPEOx. Por lo tanto, se observó un efecto sinérgico entre la adsorción con carbones y la biodegradación y esta interacción permitió un tratamiento más eficaz de las aguas residuales contaminadas con NPEOxFacultad de Ingenierí

Remoción de colorantes en agua residual mediante adsorción con carbón activado obtenido de residuos orgánicos

"La contaminación por aguas residuales es un problema que aumenta día a día, en el presente trabajo se analiza la remoción de colorantes en aguas residuales textiles mediante adsorción con carbón activado obtenido de residuos orgánicos. La metodología que se utiliza se divide en tres etapas: la primera etapa es la preparación del carbón activado mediante una activación química con ácido fosfórico a una concentración de 2% y una activación física o térmica en una mufla a 500°C durante una hora, mientras que la segunda etapa se pone a prueba el carbón activado obtenido de las cáscaras de naranja y mandarina para la adsorción del color en el agua residual textil, esto durante dos ciclos respectivamente, y finalmente en la última etapa se caracteriza el carbón activado inicial, el ciclo uno y dos por espectroscopia infrarroja. Finalmente se concluye que el carbón activado a partir de residuos orgánicos como la cáscara de naranja y mandarina adsorben colorantes en aguas residuales textiles"

Determinación y cuantificación del efecto de cationes (Mg+, Na+, K+) en la adsorción de fósforo con la aplicación de nanopartículas magnéticas en aguas eutróficas

La adsorción de fosfatos presentes en cuerpos acuáticos eutrofizados, sobre nanopartículas magnéticas (NPMs) de hierro sintetizadas mediante el método de co-precipitación química, se investigó por medio de la comparación de su homóloga en un medio eutrófico idealizado, desarrollado en el laboratorio, empleando espectroscopía ultravioleta en el rango del ultravioleta y visible (UV-VIS). En este estudio, inicialmente se varió la concentración de fosfatos para determinar la capacidad adsorbente del nanomaterial. Después, con una concentración inicial de nanopartículas y de fosfatos de 2 y 5 mg/ml, respectivamente, se analizó la influencia del pH, tiempo de contacto e influencia iónica del magnesio, sodio y potasio. Los resultados derivados de las isotermas de adsorción mostraron que la máxima capacidad adsorbente obtenida es aproximadamente 0,483 mg P/ g NPMs en un medio idealizado de 1,7 mg P/L, con una eficiencia de 56,8%, mientras que, en concentraciones inferiores, correspondientes a medios eutróficos reales la eficiencia de adsorción alcanza un valor de hasta 95%. Por otro lado, la eficiencia en función del tiempo alcanza el 80% después de dos horas de contacto, mientras que, cuando se evalúa en función del pH, se obtienen resultados mayores al 90% en medios ácidos, 81% en un medio neutro y 76% en un medio básico. Adicionalmente, se observó que la presencia iónica en bajas concentraciones del magnesio, sodio y potasio influye positivamente en el incremento de la eficiencia de adsorción, hasta el 81,21%; 76,8% y 77,97%, correspondientemente. De forma que, considerando los resultados obtenidos se puede afirmar que las aplicaciones de biorremediación ambiental empleando nanopartículas magnéticas de hierro son factibles.The adsorption of the existent phosphates in eutrophicated water bodies, on iron magnetic nanoparticles (MNPs) synthesized by the chemical co-precipitation method, was investigated by comparing their counterpart in an idealized eutrophic medium, developed in the laboratory, using ultraviolet and visible (UV-VIS) spectroscopy. In this study, the concentration of phosphates was initially varied to determine the adsorbent capacity of the nanomaterial. Then, with an initial concentration of nanoparticles and phosphates of 2 and 5 mg/ml, respectively, the influence of pH, contact time and ionic influence of magnesium, sodium, and potassium were analyzed. The results derived from the adsorption isotherms showed that the maximum absorbent capacity obtained is approximately 0,483 mg P/g MNPs in an idealized medium of 1,7 mg P/L, with an efficiency of 56.8%, while in lower concentrations, corresponding to real eutrophic media, the efficiency of adsorption reaches a value of up to 95%. On the other hand, the efficiency as a function of time reaches 80% after two hours of contact while, when evaluated as a function of pH, results of over 90% are obtained in acidic media, 81% in a neutral medium and 76% in a basic medium. Additionally, it was observed that the ionic presence in low concentrations of magnesium, sodium, and potassium positively influences the increase in adsorption efficiency, up to 81,21 %; 76,8 % and 77,97 %, respectively. Therefore, considering the results obtained, it can be stated that environmental bioremediation applications using magnetic iron nanoparticles are feasible

Remoción de pesticidas presentes en agua mediante procesos de adsorción sobre carbón activado y sílica funcionalizada

Dado que el objetivo general de este trabajo es la remediación de aguas contaminadas, se tomó como modelo a la bentazona y sobre ella se llevaron cabo la variación de todos los parámetros (temperatura, fuerza iónica, pH, adsorbente) a fin de realizar un estudio exhaustivo de la adsorción. Es necesario aclarar que los adsorbentes elegidos para llevar a cabo las mencionadas variaciones fueron CAT y CARBOPAL. Los materiales carbonosos utilizados en este trabajo (CAT, CARBOPAL y el carbón natural sintetizados a partir del carozo de la aceituna verde) no han sido estudiados previamente como adsorbentes de los pesticidas considerados en en el mismo. Por otro lado, la sílica funcionalizada, tanto con grupos amino como tioles, nunca fue utilizada como adsorbente de pesticidas en general. Para el caso del MCPA e imazapic se variaron algunos de los parámetros mencionados, pero dado que el objetivo del trabajo a largo plazo es la remediación de aguas superficiales contaminadas con pesticidas y otros contaminantes emergentes, se emularon las condiciones naturales de pH, temperatura y fuerza iónica, realizando las medidas correspondientes en esas condiciones. En primer lugar se caracterizaron los diferentes adsorbentes a utilizar, tanto los comerciales como los sintetizados a través de isotermas de adsorción del nitrógeno, de métodos espectrocópicos, por titulación de grupos funcionales, análisis termogravimétrico y descomposición térmica programada. Las isotermas BET de los carbones activados comerciales CAT y CARBOPAL muestran que corresponden al tipo I o tipo Langmuir, propia de materiales microporosos, y tipo IV, propia de materiales mesoporosos y microporos grandes respectivamente. El ciclo de histéresis en estas curvas se puede clasificar dentro del tipo H4 propio de rendijas laminares para el carbón CAT, y de forma de hendidura y H3, para el carbón CARBOPAL. Los análisis mediante FT-IR y TPD demostraron que, si bien son de naturaleza semejante, el carbono CAT no contiene grupos ácidos en su mayoría (carboxilo, fenoles, lactonas), mientras que el CARBOPAL presenta un carácter ácido. Esta condición pudo ser confirmada mediante el método de titulación de grupos funcionales de Boehm y la medida del punto de carga cero. 2 Por otro lado, se sintetizó un carbón activado a partir del carozo de aceituna, el que presenta una isoterma marcadamente tipo I, siendo su grado de microporosidad menos elevado que el del carbono CAT. Su carácter ácido es esperable considerando el método de síntesis utilizado, siendo analizado mediante espectroscopia infrarroja y descomposición térmica programada. En el caso de la sílica comercial, se observó que su superficie es menos rugosa que en el caso de los carbones comerciales y sus poros son más grandes. La isoterma de adsorción es muy similar a una isoterma tipo IV, con un ciclo de histéresis tipo H1, característico de materiales porosos que consisten en aglomerados o empaquetamientos compactos de esferas uniformes y ordenadas, con una distribución de tamaño de poro estrecha. Se llevó a cabo una reacción de derivatización de la sílica comercial de forma tal de adicionar grupos amino en su superficie. La comprobación del éxito de la misma se llevó a cabo por FT-IR. Posteriormente se realizó el estudio de la adsorción de tres pesticidas seleccionados: Bentazona (3– isopropil- 1H-2,1,3 benzotiadiazina -4-(3H) ona -2,2 dióxido), MCPA (Sal sódica del ácido 2-metil-4-cloro-fenoxiacético) y del imazapic (Acido 2-[4,5-dihidro-4- metil-4-(1-metiletil)-5-oxo- 1H-imidazol-2-il]-5-metil-3-piridin carboxílico) sobre los mencionados adsorbentes (CAT, CARBOPAL, el carbón activado sintetizado a partir del carozo de la aceituna, sílica comercial y sílica derivatizada). 1- Bentazona La cinética de adsorción de bentazona sobre los materiales carbonosos se puede describir mediante el modelo de pseudo-segundo orden, confirmando que los mesoporos actúan como poros de transporte hacia los poros de menor tamaño. El proceso de adsorción se desarrollaría en dos etapas: ✓ una inicial en la que la bentazona se adsorbe rápidamente debido a la mayor disponibilidad y accesibilidad de los sitios de adsorción, ya que éstos están situados en la superficie externa del material, produciéndose enlaces de tipo físico. ✓ una posterior, más lenta, en la que se produce la difusión del compuesto a los centros menos accesibles del carbón para ambos adsorbentes. Esta segunda etapa implica la formación de uniones de carácter químico, más fuertes, requiriéndose un mayor tiempo de contacto hasta alcanzar el equilibrio, que, en este caso fue cinéticamente muy rápido. 3 Las isotermas de adsorción sobre los materiales carbonosos comerciales se ajustan al tipo S, indicando adsorción competitiva entre el adsorbato y las moléculas de agua. Por otro lado, al variar el pH se observó que un aumento del mismo se ve traducido en una disminución de la cantidad de bentazona adsorbida, debido que a pH más elevado, la superficie de los carbones se encuentra cargada negativamente originando fuerzas de repulsión entre los aniones en solución (adsorbente y adsorbato). La capacidad de adsorción de la bentazona disminuye con el aumento de la temperatura, tratándose entonces de un proceso exotérmico. La fuerza iónica también afecta al proceso de adsorción, disminuyendo la capacidad de remoción de los materiales carbonosos, probablemente debido a que un aumento en la concentración salina generaría un impedimento para provocar las interacciones adsorbato-adsorbente. De este pesticida en particular se llevaron a cabo estudios computacionales que permitieron comprender mejor de qué manera el pH afecta al proceso de adsorción indicando que el equilibrio disminuye con el aumento del pH inicial de la solución, en concordancia con los datos experimentales. Por lo tanto, podemos inferir, de acuerdo a los resultados obtenidos, que los materiales carbonosos CAT y CARBOPAL son adsorbentes muy poderosos, con alta superficie activa, efectivos para la eliminación por adsorción de la bentazona. En tanto, el material natural AC-Os no presenta las mismas capacidades, aunque comparado con otros adsorbentes que se encuentran en literatura puede ser muy útil en la eliminación de contaminantes con mayor carácter básico. Los experimentos de adsorción sobre sílica amorfa y sílice funcionalizada con grupos tioles y amino mostraron que su capacidad de adsorción para este pesticida es menor que la de los carbones. La sílica derivatizada con grupos amino presenta un leve inceremento de la capacidad de adsorción con respecto a la sílica desnuda, mientras que la funcionalizada con grupos tiol muestra una marcada disminución. Estos resultados pueden ser consecuencia de las menores interacciones que se generan entre adsorbatoadsorbente, junto a las características hidrofílicas de los materiales silíceos, razón por la cual la bentazona (que claramente se encuentra en menor concentración) compite por los sitios activos del material con el agua. 4 2- MCPA La cinética de adsorción del MCPA sobre ambos materiales carbonosos se puede describir mediante el modelo de pseudo-segundo orden, confirmando que los mesoporos actúan como poros de transporte hacia los poros de menor tamaño, que es el lugar físico donde ocurre la adsorción. La influencia del pH en el proceso de adsorción es significativa, dado que, sobre los dos materiales carbonosos analizados, la cantidad de MCPA removida disminuye considerablemente con el aumento de pH, lo que implicaría que están juego fuerzas de carácter iónico, que se verían afectadas por la variación de cargas sustrato-adsorbente. La capacidad de adsorción disminuye con el aumento de temperatura, tratándose de un proceso exotérmico sobre ambos materiales. La fuerza iónica afecta al proceso de adsorción, disminuyendo la capacidad de remoción del mencionado pesticida sobre ambos materiales carbonosos. La capacidad de adsorción del CAT es muy superior a la del CARBOPAL para este sustrato, debido principalmente al menor tamaño que presenta la molécula de MCPA si se la compara con la de la bentazona. La capacidad de adsorción del carbón sintetizado a partir del carozo de aceituna es menor a la de CAT y CARBOPAL. La capacidad de adsorción de la sílica y de la sílica derivatizada es menor a la de los carbones, aunque la adsorción de este pesticida sobre la sílica derivatizada con grupos amino es mayor a la de la sílica desnuda, siendo mucho menor en el caso de la sílica derivatizada con grupos tiol. 3- Imazapic La isoterma de equilibrio del imazapic sobre CAT y CARBOPAL indica que el mismo se adsorbe en una cantidad menor en comparación con a los otros dos pesticidas analizados. El cambio de temperatura provoca un descenso en la capacidad de adsorción de imazapic sobre CAT y CARBOPAL, lo que demuestra que la adsorción es exotérmica, al igual que la de los otros pesticidas estudiados. Por otro lado, las isotermas de adsorción mostraron un descenso en la capacidad de retener el pesticida sobre CAT y sobre CARBOPAL al aumentar el pH, lo que permite suponer que las fuerzas de interacción que se generan son de origen iónico. En este caso, el impedimento estérico, ya sea debido a la orientación de la molécula o a su tamaño, podría limitar la difusión de la misma en los poros más internos del adsorbente, 5 lo que explicaría el mayor tiempo para alcanzar el equilibrio al compararlo con el MCPA en las mismas condiciones de trabajo. El aumento de la fuerza iónica mostró un descenso en la capacidad de adsorción para CAT y CARBOPAL. Se puede suponer que el imazapic se encuentra cargado positivamente al pH de trabajo. Un aumento en la concentración salina, generaría una capa de electrolitos que impediría interaccionar a los iones del soluto con la superficie del material adsorbente, con una consecuente disminución de la capacidad de adsorción. El modelo que mejor se adapta a la cinética sobre CAT y sobre CARBOPAL, es el de pseudo segundo orden, existiendo una muy buena correlación entre los datos experimentales y los predichos por el modelo para ambos adsorbentes. Este hecho confirma la cinética de adsorción más rápida en los mesoporos, pudiendo ser considerados como poros de transporte, que favorecen el mecanismo de difusión hacia los poros de menor tamaño. El hecho de que el proceso de adsorción sea tan rápido es una consecuencia de la elevada mesoporosidad de los carbones utilizados. Para ambos sistemas de adsorción (CAT y CARBOPAL) se aplicaron los modelos de adsorción teóricos explicados en la Introducción y según la clasificación de Giles esta isoterma se adapta al modelo tipo L. Como en los casos anteriores, el mejor ajuste se obtiene con el modelo de Langmuir. En el caso de la isoterma de adsorción utilizando como adsorbente el carbón sintetizado a partir del carozo de la aceituna, no se puede apreciar la formación de un plateau de saturación, aunque se la puede caracterizar según Giles, como una isoterma tipo L1-tipo Langmuir. El carbón sintetizado a partir del carozo de la aceituna presenta menor poder adsorbente que los comerciales utilizados. La sílica desnuda muestra una menor capacidad de adsorción para el imazapic que los carbones utilizados. La sílica derivatizada con grupos amino muestra menor capacidad de adsorción para este pesticida que los carbones utilizados, pero mayor capacidad de adsorción que la sílica desnuda, probablemente debido a los grupos ácidos presentes en la molécula. Por otro lado, la sílica derivatizada con grupos tiol muestra mayor capacidad de adsorción que la sílica desnuda, debido probablemente a la presencia de una amina secundaria de carácter básico.Fil: Spaltro, Agustín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Química. Laboratorio de Estudio de Compuestos Orgánicos; Argentin