Evaluación de la adsorción de cromo hexavalente y fenton heterogéneo para el tratamiento de aguas residuales sintéticas de curtiduría utilizando nanopartículas de hierro soportadas en cascarilla de café.
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Autores
Urbano Noguera, Rubén Darío
Director
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Español
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Resumen
El tratamiento de aguas residuales de la industria curtiembre del municipio de Belén, Nariño
es de suma importancia para las comunidades de esta región, principalmente porque en los
procesos de transformación de cuero utilizan sulfatos de cromo, sodio y amonio; y otros
reactivos, que cargan los residuos líquidos de contaminantes de difícil degradabilidad; de
ahí, se vierten a los cuerpos de agua natural, aproximadamente 322 𝑚3/ 𝑑í𝑎 de efluentes,
sin ningún tratamiento previo. Por esta razón, en este trabajo se planteó una tecnología
adsorción y fenton heterogéneo como alternativa de tratamiento, en términos de eficiencia
de remoción de contaminantes, costos de operación y disponibilidad de materias primas.
En el documento se presenta el proceso de síntesis y caracterización de un material
adsorbente de cascarilla de café y el mismo impregnado con nanopartículas de hierro cero
valente (𝑛𝑍𝑉𝐼) para la adsorción de cromo hexavalente en solución (𝐶𝑟 𝑉𝐼). En detalle se
exploró un ligero pretratamiento con ácido cítrico para eliminar compuestos solubles y
mejorar la estructura cristalina de las macromoléculas de celulosa, hemicelulosa y lignina
de la cascarilla de café; así mismo se estudió la concentración impregnada 𝑛𝑍𝑉𝐼 en el
soporte de biomasa, con el fin de ser caracterizado en función del punto de carga zero
(𝑝𝐻𝑃𝑍𝐶), área superficial (𝑆𝐵𝐸𝑇), morfología de superficie y espectroscopía infrarroja por
transformada de Fourier (𝐹𝑇𝐼𝑅). Además, los materiales sintetizados se utilizaron para
estudiar los efectos de concentración adsorbente, 𝑝𝐻 y tiempo de contacto en la adsorción
de 𝐶𝑟 (𝑉𝐼) en solución. Una vez conocidos los parámetros óptimos, se profundizó en los
estudios de transferencia de masa, de equilibrio y de adsorción de cromo total. Las
capacidades máximas de adsorción de 𝐶𝑟 (𝑉𝐼) con una concentración inicial de 5 𝑚𝑔/𝐿,
fueron de 3 𝑚𝑔/𝑔 para cascarilla de café natural (𝐶𝑁) y 2.01 𝑚𝑔/𝑔 para cascarilla de café
pretratada con ácido cítrico (𝐶𝑃), mientras que para todos los materiales impregnados con
𝑛𝑍𝑉𝐼 fue aproximadamente de 9.9 𝑚𝑔/𝑔, cargas alcanzadas a los 120 𝑚𝑖𝑛, 130 𝑚𝑖𝑛 y
2 𝑚𝑖𝑛, respectivamente. Por otro lado, se seleccionó el mejor material impregnado con 𝑛𝑍𝑉𝐼
para los procesos fenton heterogéneo donde se estudiaron los efectos de 𝐻2𝑂2/𝐷𝑄𝑂, de
𝑝𝐻 y 𝑛𝑍𝑉𝐼/𝐻2𝑂2 en la eliminación de la demanda química de oxígeno (𝐷𝑄𝑂), fenoles totales
(𝐹𝑇) y 𝐶𝑟 𝑉𝐼 con concentraciones iniciales de 3277 𝑚𝑔𝑂2/𝐿, 200 𝑚𝑔/𝐿 y 25 𝑚𝑔/𝐿,
respectivamente, de un agua residual sintética de curtiduría. Se eliminó el 95.24% de 𝐷𝑄𝑂,
el 97.54 % de 𝐹𝑇 y el 99.82% de 𝐶𝑟 (𝑉𝐼). De acuerdo con los resultados de esta tesis de
maestría, se recomienda evaluar la sostenibilidad y potencial aplicación de los procesos
analizados a las corrientes de industria de curtiembre. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
The treatment of wastewater from the tannery industry in the municipality of Belén, Nariño
is of utmost importance for the communities of this region, mainly because in the leather
transformation processes they use chromium, sodium and ammonium sulfates; and other
reagents, which load the liquid waste with pollutants of difficult degradability; From there,
approximately 322 𝑚3/ 𝑑𝑎𝑦 of effluents are discharged into natural water bodies, without
any previous treatment. For this reason, in this work a heterogeneous adsorption and fenton
technology was proposed as a treatment alternative, in terms of pollutant removal efficiency,
operating costs and availability of raw materials. The document presents the synthesis and
characterization process of a coffee husk adsorbent material and it impregnated with zero
valent iron nanoparticles (𝑛𝑍𝑉𝐼) for the adsorption of hexavalent chromium in solution
(𝐶𝑟 𝑉𝐼). In detail, a slight pretreatment with citric acid was explored to eliminate soluble
compounds and improve the crystalline structure of the macromolecules of cellulose,
hemicellulose and lignin of the coffee husk; likewise, the impregnated concentration 𝑛𝑍𝑉𝐼 in
the biomass support was studied, in order to be characterized as a function of the zero
charge point (𝑝𝐻𝑃𝑍𝐶), surface area (𝑆𝐵𝐸𝑇), surface morphology and Fourier transform
infrared spectroscopy (𝐹𝑇𝐼𝑅). Furthermore, the synthesized materials were used to study
the effects of adsorbent concentration, 𝑝𝐻 and contact time on the adsorption of 𝐶𝑟 (𝑉𝐼) in
solution. Once the optimal parameters were known, the studies of mass transfer, equilibrium
and total chromium adsorption were studied in depth. The maximum adsorption capacities
of 𝐶𝑟 (𝑉𝐼) with an initial concentration of 5 𝑚𝑔 / 𝐿, were 3 𝑚𝑔 / 𝑔 for natural coffee husk (𝐶𝑁)
and 2.01 𝑚𝑔/𝑔 for coffee husk pretreated with citric acid (𝐶𝑃), however, for all the materials
impregnated with 𝑛𝑍𝑉𝐼 it was approximately 9.9 𝑚𝑔 / 𝑔, loads reached at 120 𝑚𝑖𝑛, 130 𝑚𝑖𝑛
and 2 𝑚𝑖𝑛, respectively. On the other hand, the best material impregnated with 𝑛𝑍𝑉𝐼 was
selected for the heterogeneous fenton processes where the effects of 𝐻2𝑂2/𝐷𝑄𝑂, 𝑝𝐻 and
𝑛𝑍𝑉𝐼/𝐻2𝑂2 were studied in the elimination of chemical oxygen demand (𝐷𝑄𝑂), total phenols
(𝐹𝑇) and 𝐶𝑟 𝑉𝐼 with initial concentrations of 3277 𝑚𝑔𝑂2/𝐿, 200 𝑚𝑔/𝐿 and 25 𝑚𝑔/𝐿,
respectively, of a synthetic tannery wastewater. 95.24 % of 𝐷𝑄𝑂, 97.54% of 𝐹𝑇 and 99.82%
of 𝐶𝑟 (𝑉𝐼) were removed. According to the results of this Master's thesis, it is recommended
to evaluate the sustainability and potential application of the analyzed processes to the
tannery industry currents.
Descripción
ilustraciones, diagramas