Estudio de los efectos de la composición y dispersión de un composito extrudido de biopolímeros sobre los procesos de adsorción de metales pesados y contaminantes persistentes en agua - Martínez López, Manuel Eduardo (Universidad Autónoma Metropolitana, 2023)
Human activity generates a great number of effluents that contains toxic compounds which are dangerous for different biologic systems. Nowadays multiple technologies are applied in order to remove these pollutants among which can be highlighted adsorption process. Initially, the characterization of the CS and PCL composite by FTIR, SEM and porosity by nitrogen adsorption was carried out. Using calcofluor white staining. It was shown that CS is dispersed in PCL in the extrusion process, resulting in a material with 5.10 ± 1.12% porosity. This composite can retain 85.77 wt% of water and with no loss of mass due to erosion after 120h is nil. EDTA solution (15%) with NaOH (0.5N) desorbed the retained heavy metals. It was proved that this composite can be adsorbed and desorbed for at least 5 times without losing the capacity to remove heavy metals. Further on, the capacity of the composite to remove heavy metals in a continuous process was tested. The HRT at the highest capacity was 1h using a heavy metal test solution. Once this time was determined, the capacity of the composite was tested with samples of residual water contaminated with heavy metals. The composite was able to remove heavy metals in samples with a 4 to 12 pH range. This capacity is maximum at pH near 6. It was proved that the composite has a high capacity to remove Cd and Pb (4573.44 and 1980.25 mg g-1, respectively) by fitting the experimental data to the Thomas column kinetic model and with a residual water contaminated sample. Additionally, the removal of indigo blue was tested using the CS and PCL composite in a continuous process, resulting in a maximum capacity of 3.4 mg g-1 when dye solutions at pH 7, thus achieving 71% removal of dye from a residual water contaminated sample. Finally, the biodegradability by composting of CS and PCL composite was tested. Laboratory scale and pilot scale tests were carried out, resulting in a biodegradation percentage of 100%.; La actividad humana genera una gran cantidad de efluentes y estos contienen una gran cantidad de sustancias tóxicas que al ser liberadas al medio ambiente representan un alto riesgo para diferentes sistemas biológicos. Existen múltiples tecnologías aplicadas en la remoción de estos contaminantes de entre las cuales destaca la adsorción. En la primera etapa de este proyecto se llevó a cabo la caracterización del composito de quitosano (CS) y policaprolactona (PCL) por FTIR, SEM y porosidad por adsorción de nitrógeno. Por medio de una tinción con blanco de calcofluor se demostró que el CS se dispersa en la PCL en el proceso de extrusión lo que resulta en un material con 5.10 ± 1.12 % de porosidad. Este composito es capaz de retener 85.77% de agua en masa y la pérdida de masa por erosión después de 120h es nula. Una vez que los metales pesados fueron adsorbidos se utilizó una solución de EDTA 15% m/v con NaOH 0.5N para desorberlos. Se probó que este composito puede ser adsorbido y desorbido por al menos 5 veces sin perder la capacidad de remover metales pesados. Como una segunda etapa se probó la capacidad del composito para remover metales pesados en un proceso en continuo. El tiempo de retención hidráulica (TRH) en el que se obtuvo la mayor capacidad fue de 1h utilizando una solución problema de metales pesados Al (0.2 mg L-1 ), Cd (0.4 mg L-1 ), Cu (6 mg L-1 ), Fe (0.3 mg L-1 ), Pb (0.4 mg L-1 ) y Zn (20 mg L-1 ). Una vez determinado este tiempo se probó la capacidad del composito al trabajar con muestras reales de aguas contaminadas con metales pesados. El composito fue capaz de remover metales pesados en muestras con un rango de pH desde 4 hasta 12. Esta capacidad aumenta cuando el pH de la muestra es cercano a 6. Se probó que el composito tiene una alta capacidad de remover Cd(II) y Pb(II) (4573.44 y 1980.25 mg g-1 , respectivamente) al ajustar los datos experimentales al modelo cinético de columna de Thomas y trabajando con soluciones problema. Como una tercera etapa se probó la remoción de azul índigo utilizando el composito de CS y PCL en un proceso en continuo resultando en una capacidad máxima de 3.4 mg g-1 al trabajar con soluciones de colorante con un pH de 7 logrando remover el 71% de colorante de una muestra real. Por último, se probó la biodegradabilidad por compostaje del composito de CS y PCL. Se realizaron pruebas a escala laboratorio y escala piloto resultando en un porcentaje de biodegradación de 100%.