Aplicación de hidrogeles de quitosano para la adsorción del colorante azoico reactive red 195 en efluentes de la industria textil

PÉREZ-CALDERÓN, JOHN; M. V. SANTOS; N. ZARITZKY

Congreso; Congreso Latinoamericano de Ingeniería y Ciencias Aplicadas CLICAP 2018; 2018

Los colorantes sintéticos son ampliamente utilizados en la industria textil y papelera generando un alto volumen deefluentes que afectan los ecosistemas acuáticos. Los colorantes azoicos poseen grupos azo y sulfonados,confiriéndoles características aniónicas. El tratamiento de estos efluentes mediante adsorción tiende a la utilizaciónde bio-adsorbentes, como el quitosano, biopolímero biodegradable y no tóxico, que se obtiene de residuos decrustáceos. La presencia de grupos amino libres le confiere un carácter de polielectrolito catiónico natural. Losobjetivos del trabajo son: (a) desarrollar partículas porosas esféricas de quitosano (EQ) a través de la técnica decoacervación en medio alcalino; (b) determinar el porcentaje de remoción (%RM) de las EQ para la adsorción delcolorante azoico Reactive Red 195 (RR-195) variando la dosis del adsorbente, pH del medio, velocidad de agitacióny concentración inicial de colorante; (c) evaluar la capacidad adsorbente de EQ en sistemas acuosos con presenciade RR-195 y modelar las correspondientes isotermas; (d) calcular los parámetros termodinámicos del proceso(entalpía de reacción, ΔH; energía libre de Gibbs, ΔG y entropía, ΔS); (e) determinar la cinética de adsorción delproceso a distintas concentraciones iniciales del colorante (100, 200 y 300 ppm), modelando los resultadosobtenidos. Las EQ se prepararon por goteo de una solución de quitosano al 2.5% p/v sobre una solución básica,utilizando una bomba peristáltica a 45 rpm; posteriormente se secaron los hidrogeles a 55ºC. El diámetro medio delas EQ obtenidas fue de 1.87 mm. A partir de micrografías SEM se caracterizó la morfología superficial de las EQ, yusando porosimetría de intrusión de mercurio se determinó la distribución de tamaño promedio de macro y mesoporosiendo 47.79 μm y 22.94 nm, respectivamente. El mayor %RM (84.5 %) se registró a pH=4 partiendo de unaconcentración inicial de 100 ppm del colorante. Mediante regresiones no-lineales se ajustaron los modelosmatemáticos correspondientes a las isotermas y cinéticas de adsorción calculando en cada caso el error porcentualabsoluto medio (%e), distribución chi-cuadrado (χ2) y coeficiente de determinación (R2). Se obtuvieron isotermas deadsorción a distintas temperatura (25,35 y 45ºC), para el caso de 25 ºC la capacidad máxima de adsorción (Qmax)fue de 63.21 mg/g; el modelo que mejor ajustó fue el Redlich-Peterson (isoterma pH=4;25ºC;R2=0.977,%e=4.28 yχ2=9.33). Utilizando este modelo los valores predichos presentaron una desviación máxima de ±2.73%. A partir delas isotermas se obtuvieron los siguientes parámetros termodinámicos ΔH=20.5KJ/mol; ΔG a 25ºC=-29.03KJ.mol yΔS=0.17KJ/mol.K. Se aplicaron diferentes ecuaciones cinéticas: modelo de pseudo-primer orden, pseudo-segundoorden y modelo mixto de difusión y adsorción (MSR-DK), siendo este último el que mejor ajustó. El ajuste delmodelo MSR-DK para concentración inicial de 300 ppm de colorante presentó los siguientes valores:R2=0.986,%e=62.8 y χ2=7.19; los valores predichos presentaron una desviación del ±1.42%. El %RM alcanzado fuemayor al 80% luego de 24 horas, lo cual indica que las EQ lograron reducir apreciablemente la concentración decolorante a tiempos de proceso adecuados para la industria. Se comprobó que las EQ son excelente adsorbentescon capacidad de remoción de colorantes azoicos.