Evaluación de la esterificación sobre cascarilla de arroz como estrategia para incrementar la capacidad de remoción del colorante rojo básico 46.

Abstract

Con el propósito de contribuir a la grave problemática de contaminación de efluentes coloreados, en la presente investigación se evaluó la capacidad adsorbente de un material de bajo costo (cascarilla de arroz) y algunas de sus modificaciones estructurales para la remoción del colorante Rojo Básico 46 (RB46) con el fin de proyectar su posible aplicación como material adsorbente en el diseño de una estrategia eficiente, económica, ambientalmente favorable y de gran interés industrial para el tratamiento de este tipo de contaminantes. En particular, se incrementó la capacidad adsortiva de este residuo a través de la esterificación de los grupos funcionales presentes en la superficie del adsorbente, lo cual permitió aumentar el número de sitios activos y por tanto alcanzar una mayor retención del colorante RB46. Para ello, se implementó una reacción de conocida utilización, como es la esterificación con los ácidos tartárico, málico y succínico, generando los materiales cascarilla-ácido tartárico (CAT), cascarilla-ácido málico (CAM) y cascarilla-ácido succínico (CAS) respectivamente. La comprobación de los cambios estructurales y morfológicos sobre la superficie del adsorbente se confirmó mediante espectroscopía infrarroja (FTIR), microscopía electrónica de barrido (MEC), análisis bromatológico y la determinación del porcentaje de acetilación. Para alcanzar la máxima eficiencia en la remoción del contaminante RB46 en un sistema en discontinuo y poder comparar el desempeño con los materiales modificados, se estableció las mejores condiciones del proceso de adsorción con la cascarilla natural mediante la generación de una superficie de respuesta con los factores tiempo de contacto, dosificación del adsorbente y concentración inicial del colorante. Estudios previos permitieron fijar las variables tamaño de partícula, pH, agitación y temperatura. La cuantificación del colorante en solución se llevó a cabo mediante curvas de calibración construidas en el ultravioleta visible (UV-Vis) y permitió establecer que los materiales modificados poseen mayor capacidad de remoción frente al material natural. El ajuste a los modelos no lineales de Freundlich, Langmuir, Redlich-Peterson, SIPS y Temkin, señala que el proceso para los materiales modificados es de considerable complejidad debido al mejor ajuste a los modelos combinados, sin embargo el adsorbente CAM muestra mayor preferencia que CAT hacia la monocapa. En el estudio cinético, el comportamiento para los dos adsorbentes modificados se explica en su orden por el modelo de pseudo-segundo orden, Elovich y pseudo-primer orden. La evaluación termodinámica a través de la energía libre de Gibbs, entalpía y entropía, revela que el proceso es espontáneo y de naturaleza física, información valiosa que permitirá visualizar el escalamiento de este proceso./Abstract.In order to contribute to the serious problematic of pollution in coloured effluents, the present investigation show the evaluation of the adsorption capacity of a low-cost material (rice husk), and some of its structural modifications to the removal of the colorant Basic Red46 (RB46). The purpose of this study is to project rice husk as an absorbent material in the design of an efficient, economic, eco-friendly, and industrially interesting strategy for the treatment of this type of pollutants. Particularly, the adsorption capacity of this residue through the esterification of the functional groups present in the adsorption surface, allowed the increment of the number of active sites, and therefore helped reach a better retention of colorant RB46. For this purpose, it was necessary to implement the use of a well- recognized reaction, such as the esterification with the tartaric, malic, and succinic acids, generating materials called rice husk-tartaric acid (CAT), rice husk-malic acid (CAM) and rice husk-succinic acid (CAS) respectively. The verification of the structural and morphologic changes over the absorbent's surface was accomplished by an infrared spectroscopy (DRIFT), scanning electron microscopy (SEM), bromatological analysis and determining the percentage of acetylation. To achieve the maximum efficiency in the remotion of contaminant RB46 in a discontinuous system, and in order to be able to compare the performance with the modified materials, it was necessary to establish the best conditions to the absorption process with the natural husk by the generating a response surface using factors such as contact, dosage of the absorbent, and initial concentration of the colorant. Previous studies helped to identify the variables size of the particles, pH, agitation, and temperature as fixed. The quantification of the colorant in the solution was set by the use of calibration curves in ultraviolet visible (UV-Vis), and helped establish that the modified materials have a higher uptake capacity than the raw material. The adjustment to the nonlinear Freundlich, Langmuir, Redlich-Peterson, SIPS and Thempkin models showed that the process for the modified materials was considerably complex because of the better adjustment to the combined models; however, the CAT adsorbent showed higher preference than CAM towards the monolayer. In the kinetic study, the behavior for both modified absorbents is explained by the pseudo-second order, Elovich and pseudo-first order models The thermodynamic evaluation though Gibbs free energy, enthalpy and entropy changes revealed that the studied process is spontaneous and physical natured, valuable informa-tion that will help visualize the staggering in this process The availability of these new adsorbents (CA, CAT and CAM) opens a wide range of appli-cations related to the possibility of their implementation to design strategies of great envi-ronmental, technological and social impact focused in the treatment of dye-containing ef-fluents.