SÍNTESIS DE PARTÍCULAS ULTRAFINAS Y NANOPARTÍCULAS A ...
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1 SÍNTESIS DE PARTÍCULAS ULTRAFINAS Y NANOPARTÍCULAS A PARTIR DE CORTEZA DE PINO (PINUS PATULA) PARA LA REMOCIÓN DE CROMO HEXAVALENTE (CR (VI)) EN AGUAS CONTAMINADAS PEDRO SANTODOMINGO GARZÓN 201424869 PROYECTO DE GRADO DIRIGIDO POR: JAIME GUILLERMO PLAZAS TUTTLE UNIVERSIDAD DE LOS ANDES DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL BOGOTA D.C. DICIEMBRE DE 2018
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SÍNTESIS DE PARTÍCULAS ULTRAFINAS Y NANOPARTÍCULAS A PARTIR DE
CORTEZA DE PINO (PINUS PATULA) PARA LA REMOCIÓN DE CROMO
HEXAVALENTE (CR (VI)) EN AGUAS CONTAMINADAS
PEDRO SANTODOMINGO GARZÓN
201424869
PROYECTO DE GRADO
DIRIGIDO POR:
JAIME GUILLERMO PLAZAS TUTTLE
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL
BOGOTA D.C. DICIEMBRE DE 2018
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A Mamá y Papá que siempre han estado ahí
A la Abuelita y Flory que siempre creyeron en mí
A NG que es todo
Y a todos los que hicieron esto posible
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Contenido
RESUMEN..................................................................................................................................... 6
ABSTRACT ................................................................................................................................... 7
OBJETIVOS .................................................................................................................................. 8
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 9
MARCO TEÓRICO ................................................................................................................... 11
CROMO ................................................................................................................................... 11
NANOTECNOLOGÍA ........................................................................................................... 13
ADSORCIÓN .......................................................................................................................... 15
BIORREMEDIACIÓN DE METALES PESADOS ............................................................ 17
CORTEZAS............................................................................................................................. 18
NORMATIVAS ....................................................................................................................... 19
METODOLOGÍA ....................................................................................................................... 21
SÍNTESIS DE PARTÍCULAS ............................................................................................... 21
EXPERIMENTOS DE ADSORCIÓN .................................................................................. 25
RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................................ 27
PRIMERA FASE .................................................................................................................... 27
SEGUNDA FASE .................................................................................................................... 33
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................................ 37
BIBLIOGRAFÍA......................................................................................................................... 39
4
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Usos del Cromo en Colombia (Téllez, 2004) .................................................................. 11
Tabla 2 Efectos del cromo en el cuerpo humano .......................................................................... 13
Tabla 3 Clasificación de adsorbentes ............................................................................................ 16
Tabla 4 Remediación de metales (Dhir, 2013) ............................................................................. 17
Tabla 5 Niveles máximos vertimiento de cromo total (MinAmbiente, 2015) .............................. 19
Tabla 6 Valores máximos de cromo para consumo humano ........................................................ 20
Tabla 7 Métodos de tratamiento de corteza .................................................................................. 23
Tabla 8 Resumen distribución de tamaños Pino con Color (primera fase) ................................... 28
Tabla 9 Resumen distribución de tamaños Pino sin Color (primera fase) .................................... 29
Tabla 10 Resultados adsorción pino con color (primera fase) ...................................................... 30
Tabla 11 Resultados adsorción pino sin color (primera fase) ....................................................... 30
Tabla 12 Resultados adsorción pino con color (primera fase) Replica ........................................ 31
Tabla 13 Resultados adsorción pino sin color (primera fase) Replica.......................................... 31
Tabla 14 Resumen distribución de tamaños Pino con Color (segunda fase) ................................ 33
Tabla 15 Presencia partículas más pequeñas pino con color (segunda fase) ................................ 33
Tabla 16 Resumen distribución de tamaños Pino sin Color (segunda fase) ................................. 34
Tabla 17 Presencia partículas más pequeñas pino sin color (segunda fase) ................................. 34
Tabla 18 Resultados adsorción pino con color (segunda fase) ..................................................... 36
Tabla 19 Resultados adsorción pino sin color (segunda fase) ...................................................... 36
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Aplicaciones de la Nanotecnología (Dahman, 2017) ..................................................... 14
Figura 2 Conceptos básicos adsorción (Worch, 2012) ................................................................. 16
Figura 3 Proceso de filtración ....................................................................................................... 24
Figura 4 Curva de calibración colorimetría .................................................................................. 25
Figura 5 Curva distribución de tamaños Pino con Color (primera fase) ...................................... 28
Figura 6 Curva distribución de tamaños Pino sin Color (primera fase) ....................................... 29
Figura 7 Curva de eficiencia adsorción pino con color (primera fase) ......................................... 30
Figura 8 Curva de eficiencia adsorción pino sin color (primera fase) .......................................... 30
Figura 9 Curva de eficiencia adsorción pino con color (primera fase) Replica ............................ 31
Figura 10 Curva de eficiencia adsorción pino sin color (primera fase) Replica ........................... 31
Figura 11 Curva distribución de tamaños Pino con Color (segunda fase) .................................... 33
Figura 12 Curva distribución de tamaños Pino sin Color (segunda fase) ..................................... 34
Figura 13 Curva de eficiencia adsorción pino con color (segunda fase) ...................................... 36
Figura 14 Curva de eficiencia adsorción pino sin color (segunda fase) ....................................... 36
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RESUMEN
El presente proyecto se enfoca en la síntesis de partículas ultrafinas y nanopartículas a partir de la
corteza de pino (Pinus patula) con el fin de remover cromo hexavalente de aguas contaminadas
mediante procesos de adsorción. Teniendo en cuenta la problemática actual sobre contaminación
de fuentes hídricas con metales pesados, se requieren nuevas tecnologías que permitan hacer frente
a este tipo de situaciones. A partir de estudios previos donde se logra la biorremediación de aguas
contaminadas con cromo, surge la idea de optimizar estos procesos mediante la conversión del
material usado a tamaños nanométricos.
Debido a que las cortezas y maderas de diferentes especies de árboles han demostrado tener
capacidades adsortivas, se decidió utilizar la corteza de pino patula para el desarrollo del proyecto.
Una vez obtenido el material, este pasó por una serie de procesos que incluyeron el lavado y
secado, trituración, filtración, caracterización y molienda que permitieron llevarlo hasta tamaños
micrométricos (con presencia de partículas nanométricas) y con las características necesarias para
el tratamiento de aguas con cromo.
El material sintetizado, se utilizó en pruebas de adsorción con el fin de determinar la viabilidad y
éxito del proyecto, así como las dosis óptimas para el tratamiento de estas aguas. Se tomó como
concentración base una que asemejara las condiciones del Río Bogotá, en cuyas aguas las
concentraciones de cromo hexavalente disuelto son bastante elevadas. Para ello se hicieron
experimentos a diferentes dosis de contaminante y se realizaron las respectivas curvas de
rendimiento. El cromo se midió mediante colorimetría para la cual se construyeron las curvas de
calibración correspondientes.
A partir de los experimentos, se pudo concluir que la corteza de pino es un excelente adsorbente
para remover cromo del agua, ya que casi la totalidad de los casos presentaron tasas de remoción
superiores al 90%. Finalmente, se recomienda seguir investigando sobre las propiedades adsortivas
de este material para este y otros metales.
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ABSTRACT
The present project focuses on the synthesis of ultrafine particles and nanoparticles from the pine
bark (Pinus patula) in order to remove hexavalent chromium from contaminated waters by
adsorption processes. Taking into account the current problems of contamination of water sources
with heavy metals, new technologies are required to deal with this type of situation. From previous
studies where the bioremediation of contaminated water with chromium is achieved, the idea of
optimizing these processes by converting the material used to nanometric sizes arises.
Because the bark and wood of different tree species have been shown to have adsorptive capacities,
it was decided to use the patula pine bark for the development of the project. Once the material
was obtained, it went through a series of processes that included washing and drying, crushing,
filtering, characterization and grinding that allowed it to be taken to micrometric sizes (with the
presence of nanometric particles) and with the necessary characteristics for water treatment with
chromium.
The synthesized material was used in adsorption tests in order to determine the feasibility and
success of the project, as well as the optimal doses for the treatment of these waters. A base
concentration was taken that resembled the conditions of the Bogotá River, in whose waters the
dissolved hexavalent chromium concentrations are quite high. To this end, experiments were
carried out at different doses of contaminants and the respective yield curves were made. The
chromium was measured by colorimetry for which the corresponding calibration curves were
constructed.
From the experiments, it was concluded that the pine bark is an excellent adsorbent to remove
chromium from the water, since almost all of the cases showed removal rates higher than 90%.
Finally, it is recommended to continue investigating the adsorptive properties of this material for
this and other metals.
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OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
o Sintetizar partículas ultrafinas o nanométricas a partir de la corteza de pino, para
remover cromo hexavalente del agua
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
o Producir una harina a partir de la corteza del pino, basados en protocolos de síntesis
previamente desarrollados
o Convertir la harina de la corteza de pino en partículas ultrafinas y nanométricas
utilizando métodos mecánicos comunes
o Caracterizar los tamaños de las partículas sintetizadas
o Entender el comportamiento del cromo al estar en contacto con biomateriales
o Evaluar el desempeño adsortivo de las partículas producidas mediante
experimentos de adsorción
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INTRODUCCIÓN
El cromo es un elemento con importantes efectos negativos en el medio ambiente y la salud
humana. Se trata de un metal con grandes aplicaciones industriales y es ampliamente utilizado en
la aleación de metales, pinturas cromadas y tratamiento de cueros, todo esto debido a sus
propiedades anticorrosivas y acabados brillantes. Teniendo en cuenta su uso extendido, su impacto
en la economía es también bastante alto (Knight, 2015). La exposición a este contaminante es
perjudicial para los humanos, causando problemas respiratorios y estomacales, pero especialmente
el desarrollo de tumores y cáncer al ser un agente carcinógeno (Wilbur, et. al, 2012).
En el contexto colombiano, los problemas asociados al cromo, y en general a metales pesados, son
de gran relevancia. Un claro ejemplo de ello es el caso del Río Bogotá, cuyas aguas sirven como
abastecimiento de agua potable y distritos de riego a lo largo de la sabana, requiriendo una alta
calidad del recurso hídrico. Al ser uno de los ríos más contaminados del mundo, las
concentraciones de cromo son altamente elevadas, alcanzando incluso valores de 2 mg/L cuando
las normativas permiten vertimientos de hasta 1,5 mg/L y valores admisibles para consumo
humano de 0,05 mg/L (Chaves, 2016). La razón para estas altas concentraciones se debe,
principalmente, a los vertimientos no regulados de cromo, provenientes del tratamiento de cuero
en las curtiembres de Villapinzón, Cundinamarca (Suárez, et. al, 2012).
En el medio ambiente, este elemento se encuentra en tres estados: cromo elemental (Cr(0)), cromo
trivalente (Cr(III)) y cromo hexavalente (Cr(VI)). Este último estado, así como los compuestos
químicos que lo poseen, ha sido catalogado como cancerígeno del grupo I (Téllez, et. al, 2004).
Sin embargo, su reducción a cromo Cr(III) es menos nociva y las implicaciones en salud son menos
importantes, haciendo parte incluso de los nutrientes presentes y necesarios para el cuerpo humano
(Wilbur, et. al, 2012).
En la actualidad, un gran número de estudios se han enfocado en la utilización de biomateriales de
fácil adquisición para la remediación y tratamiento de aguas y suelos contaminados con metales
pesados (Dhir, 2013). Específicamente para el cromo, investigaciones se han centrado en tomar
Cr(VI) y removerlo o reducirlo a Cr(III) mediante materiales biológicos (Park, 2009).
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Según Donghee Park (2007): “existe evidencia confiable de que el mecanismo de remoción de
cromo hexavalente por adición de biomateriales es la adsorción-reducción” (pp. 298). En dichos
estudios, se han utilizado materiales alternativos tales como la corteza de pino, cáscara de banano,
piel de naranja, cascarilla de arroz, etc. (Park, 2007). A partir de estos experimentos se encontró
que la corteza de pino resulta ser un biomaterial excelente para la remediación de suelos y el
tratamiento de aguas contaminadas con cromo. El mecanismo de acción es simple y se justifica
con el tiempo de contacto que tienen los biomateriales y los elementos contaminados (Park, 2007).
Ahora bien, la nanotecnología es un área de vital importancia para su estudio e implementación
debido a que las propiedades de la materia cambian al encontrarse a niveles nanométricos. Dentro
de estas propiedades se encuentran la temperatura de fusión, conductividad térmica, capacidad de
carga, conducción eléctrica, relación área volumen e incluso el color (Dahman, et. al, 2017).
Aprovechando que el área superficial de la materia aumenta de manera exponencial al reducir su
tamaño de partícula y esto a su vez resulta en una mayor reactividad y una alteración de las
propiedades superficiales de los materiales (Stone, et. al, 2010), surge la idea de optimizar la
eficiencia en el tratamiento y tiempo de contacto entre biomateriales y matrices contaminadas,
mediante la síntesis de una nueva nanopartícula.
Por todo lo expuesto anteriormente, este trabajo pretende sintetizar un material basado en la corteza
de pino con distribuciones de tamaño de partículas ultrafinas o nanométricas con el fin de remediar
aguas contaminadas con cromo.
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MARCO TEÓRICO
CROMO
El cromo es un elemento metálico de ocurrencia natural y de amplia distribución en el planeta, de
hecho se trata del vigesimoprimer elemento más abundante en la corteza terrestre (Barnhart, 1997),
y se encuentra presente en rocas, animales, plantas y suelos en combinación con otros elementos.
Presenta tres estados de oxidación, principalmente, los cuales son zerovalente (Cr (0)), trivalente
(Cr (III)) y hexavalente (Cr (VI)). En su forma hexavalente, es un elemento tóxico y cancerígeno
del grupo I (Wilbur, et. al, 2012) por lo cual debe prestarse especial atención, ya que es
comprobado su efecto carcinogénico en humanos (Téllez, et. al, 2004). Por el contrario, su forma
trivalente corresponde a un oligoelemento indispensable para diversos mecanismos biológicos que
incluyen el metabolismo de glucosa, colesterol y ácidos grasos (Cuberos, et. al, 2009).
Su extendido uso en el mundo corresponde a las características anticorrosivas y de acabos
brillantes que presenta. Gracias a estas propiedades, se utiliza en la industria para la aleación de
metales (como acero inoxidable), producción de pinturas cromadas (con acabados brillantes y
resistentes), tratamiento de madera y curtido de cueros (para darles calidad y resistencia). A nivel
mundial, cerca del 80% del cromo se destina para actividades metalúrgicas (Barnhart, 1997) y la
mayoría de este se utiliza en la producción de acero inoxidable, de hecho lo que hace inoxidable
al acero es la presencia de cromo. Otro 15% (a escala global) tiene aplicaciones a nivel químico,
donde destaca el tratamiento de maderas y el curtido de cueros. Por supuesto, a nivel nacional la
distribución es diferente, teniendo un menor peso las actividades metalúrgicas. En la tabla 1 se
pueden identificar los usos de cromo en el país.
Tabla 1 Usos del Cromo en Colombia (Téllez, 2004)
Industria Forma de uso Consumo
Metalurgia Aleaciones 56%
Refractarios Cromita 20%
Química Diversos usos 15%
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Específicamente en Colombia, los procesos industriales donde mayor presencia y exposición al
cromo existe, son las industrias de curtiembres y la industria de construcción en la utilización y
producción de cemento (Téllez, et. al, 2004). En el país, las reservas de cromo provienen de los
departamentos de Chocó y Antioquia y se explotan con fines metalúrgicos y químicos.
La exposición a este metal implica un elevado riesgo para la salud, tanto para aquellos que se
exponen directamente como para aquellos que se exponen a los subproductos de las actividades
que demandan cromo. Se prestará especial atención a los procesos de curtido de cuero ya que
representa una importante actividad económica y una fuente considerable de contaminación por
cromo (especialmente hexavalente) en fuentes hídricas.
Según Téllez (2004): los datos oficiales indican que en Colombia existen aproximadamente 800
empresas de curtiembres, de las cuales el 60% se concentran en la cuenca alta del río Bogotá y su
sabana. Se trata de procesos artesanales y microempresas que difícilmente pueden controlar la
calidad de sus descargas. No es de extrañar entonces que las concentraciones de cromo en río
Bogotá sean bastante altas y sobrepasen los límites exigidos por la autoridad ambiental (más
adelante se profundizará sobre concentraciones típicas y normativa vigente).
Ahora bien, respecto a toxicidad de este elemento para el ser humano, lo primero que se debe
aclarar son las vías de acceso que tiene el mismo. El cromo puede ingresar al cuerpo mediante vía
respiratoria, vía dérmica y por ingestión, una vez dentro del organismo, se distribuye a nivel de
médula ósea, pulmones, ganglios linfáticos, bazo, riñón e hígado (Cuberos, et. al, 2009). Hay que
aclarar, además, que los efectos nocivos del cromo se deben a su versión hexavalente, tanto los
cancerígenos como los no cancerígenos.
Aunque sus efectos más importantes se generan en el aparato respiratorio (Wilbur, et. al, 2012), se
hará especial énfasis en sus efectos a nivel dérmico y de mucosas, así como problemas relacionados
con la ingestión del contaminante, ya que se busca hacer un análisis de la gravedad de presentar
altos niveles de cromo en agua. En la tabla 2, se resumen los principales efectos nocivos del cromo
hexavalente.
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Tabla 2 Efectos del cromo en el cuerpo humano
NANOTECNOLOGÍA
Aunque no existe una definición internacionalmente establecida, dado que se trata de un campo de
la ciencia aún en crecimiento, la nanotecnología se puede definir como la producción y aplicación
de una variedad de nanomateriales, donde se incluyen nano-objetos y nanopartículas. Un
nanomaterial se clasifica como tal cuando: tiene una dimensión y es menor de 100nm, tiene dos
dimensiones y son menores de 100nm (nano-objetos) o tiene tres dimensiones y son menores de
100nm (nanopartículas) (British Standards, 2007). Otra definición bastante cercana fue dada por
Roco en 1999 y sostiene que: “Nanotecnología es la habilidad de controlar y reestructurar la
materia a niveles atómicos y moleculares dentro del rango entre 1 y 100 nm”
La razón por las cual la nanotecnología es tan importante y presenta un crecimiento tan veloz es
porque las propiedades de la materia cambian al encontrarse a niveles nanométricos. Dentro de
estas propiedades se encuentran la temperatura de fusión, conductividad térmica, capacidad de
carga, conducción eléctrica, relación área-volumen e incluso el color (Dahman, et. al, 2017). Otra
razón de gran peso es que su aplicación no se limita a unas pocas ramas de la ciencia, sino que
puede tener influencia en múltiples ramas de la tecnología. En la figura 1 se pueden apreciar las
múltiples aplicaciones que puede tener la nanotecnología.
Órgano/Sistema afectado Efectos Fuente
Estómago y sistema digestivo
Los principales organos afectados por la ingestión
de Cr (VI) son el estómago y el intestino delgado
donde se presenta irritación y úlceras. Puede haber
riesgo de cáncer
Wilbur, et. al,
2012
Sangre La presencia de Cr (VI) puede causar anemiaWilbur, et. al,
2012
Piel y mucosasEl Cr (VI) ejerce una acción corrosiva sobre la piel
generando úlceras cutáneas
Téllez, et. al,
2004
Sistema renalExiste una relación entre exposición al Cr (VI) y
necrosis tubular renal
Téllez, et. al,
2004
Sistema inmunológicoEs un metal xenobiótico con efectos
inmunosupresores
Téllez, et. al,
2004
Sistema reproductor masculino Daño en el esperma al haber exposición a CR (VI)Wilbur, et. al,
2012
Cáncer
Comprobado para cáncer de pulmón. Resultados
mixtos en poblaciones con altos niveles de cromo
en sus aguas. Posibles tumores en el estómago y
sitema digestivo
Wilbur, et. al,
2012
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Figura 1 Aplicaciones de la Nanotecnología (Dahman, 2017)
La propiedad que más interesa en este momento es aquella en donde la relación entre área
superficial y volumen de la materia se incrementa de manera considerable. Debido a su reducido
tamaño, las nanopartículas presentan áreas superficiales relativas mayores que en sus formas
convencionales. Esto a su vez, resulta en una mayor reactividad y una alteración de las propiedades
superficiales de los materiales (Stone, et. al, 2010).
Durante los últimos años, varios autores (Oberdorster, Powers, Warheit, Klein, et. al) han definido
las características de los nanomateriales a las cuales se debe prestar mayor atención, debido su
impacto e importancia. Las más importantes son:
Distribución de tamaños
Aglomeración
Estructura cristalina
Área superficial y porosidad
Química superficial
Forma y morfología
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Ahora bien, debe hacerse claridad en cuanto a los métodos que existen para la síntesis de
nanopartículas. Respecto a este tema, existen dos grandes clasificaciones: las aproximaciones “de
arriba hacia abajo” y las aproximaciones “de abajo hacia arriba” (Rao, et. al, 2004).
La aproximación de arriba hacia abajo consiste en la división de sólidos másicos en porciones más
pequeñas. Desde esta perspectiva, se pueden involucrar procesos mecánicos como molienda o
desgaste, procesos químicos y volatilización de sólidos seguidos de la condensación de sus
constituyentes (Zanella, 2012). Dentro de los métodos más utilizados para esta técnica se
encuentran la evaporación térmica, depósito químico en fase vapor, clusters gaseosos e
implantación de iones. Exceptuando la molienda, la mayoría de estos procesos requieren
instrumentos costosos y complejos que dificultan su utilización.
La aproximación de abajo hacia arriba es diferente puesto que parte de elementos diminutos que
se convierten en nanopartículas. Se resume a través de la condensación de átomos o entidades
moleculares en fase gaseosa o en solución (Zanella, 2012). Debido a que su complejidad y costo
es menor, se prefieren sobre las aproximaciones de arriba hacia abajo. Dentro de los métodos más
utilizados para esta técnica se encuentran el método coloidal, reducción fotoquímica, irradiación
con microondas, síntesis solvo-termal y método sol-gel.
Debido a las limitaciones de equipos, presupuesto y tiempo, los métodos escogidos para este
trabajo se basan en aproximaciones del tipo arriba hacia abajo, con procesos mecánicos y que
involucran molienda y desgaste.
ADSORCIÓN
La adsorción es un proceso de transferencia de fase que se utiliza para remover sustancias químicas
de medios gaseosos o líquidos. La definición más general, describe la adsorción como la
acumulación de especies químicas presentes en un fluido sobre la superficie de un sólido o un
líquido. La mayoría de procesos de adsorción se da sobre superficies de sólidos cuyas superficies
son energéticamente heterogéneas y que permiten una alta interacción con los solutos adyacentes
(Worch, 2012).
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Los términos básicos en la adsorción (adsorption) son el adsorbente y el adsorbato. El adsorbente
(adsorbent) es la superficie sólida donde tendrá lugar la adsorción, mientras que el adsorbato
(adsorbate) se refiere a las especies que serán adsorbidas. Otro concepto importante es la desorción
(desorption), que consiste en el proceso inverso a la adsorción, en el cual las especies previamente
adsorbidas son liberadas nuevamente en el fluido. En la figura 2 se resumen los conceptos más
básicos, aquí expuestos.
Figura 2 Conceptos básicos adsorción (Worch, 2012)
Es usual que exista una confusión entre absorción y adsorción. La diferencia radica en que la
absorción se trata de un proceso volumétrico y la adsorción se trata de un proceso superficial.
Como se mencionó antes, en la adsorción, las sustancias son atraídas hacia la superficie de
adsorbente, mientras que en un proceso de absorción las sustancias ingresan completamente dentro
del absorbente. En algunos casos es muy difícil distinguir entre ambos procesos, por lo cual se
define el concepto de sorción, el cual abarca tanto la adsorción como la absorción. (Worch, 2012)
Dado que la adsorción es un proceso superficial y de área, se debe poner especial atención a la
porosidad, carga superficial, densidad, química superficial y relación área-volumen de los
adsorbentes. Los adsorbentes pueden ser tanto naturales como producidos industrialmente.
Generalmente, los adsorbentes desarrollados científicamente, presentan una mayor capacidad
adsortiva. En la tabla 3 se pueden ver algunos adsorbentes.
Tabla 3 Clasificación de adsorbentes
Naturales
Materiales naturales:
madera, arcillas, carbón
y chitosán
Residuos agrícolas:
nueces, cáscaras,
cortezas y arenas
Residuos
industriales:
cenizas y lodos
Artificiales Carbón activadoAdsorbentes
poliméricos
Adsorbentes
oxídicos
Zeolitas
sintéticas
Adsorbentes
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BIORREMEDIACIÓN DE METALES PESADOS
Múltiples biomateriales han sido utilizados para remover metales pesados en aguas contaminadas.
Muchos de ellos se pueden clasificar como productos o subproductos de actividades agrícolas y
son ampliamente utilizados por sus bajos costos y sus grandes capacidades de adsorción. A
continuación, en la tabla 4, un resumen de los estudios e investigaciones al respecto:
Tabla 4 Remediación de metales (Dhir, 2013)
El proceso de remoción de metales por materiales biológicos ocurre por biosorción. Se trata de un
proceso pasivo que involucra un adsorbente (bio-material) y un adsorbato (el metal en el medio
acuoso). Debido a la afinidad de los adsorbentes por los iones metálicos se da un proceso efectivo
de atracción y adsorción (Dhir, 2013). Los biomateriales remueven metales pesados del agua
mediante adsorción, quelación e intercambio iónico (Demirbas, 2008). A comparación de procesos
tradicionales, la biorremediación de metales pesados resulta una alternativa sencilla, económica y
eficiente.
Bio-Material Metal Removido Referencia
Cáscaras de nueces Cr Pehlivan y Altun (2008)
Cáscara de arroz Cu, Mn, Pb, Zn, Cr Mohan y Sreelakshmi (2008)
Cáscara de trigo Cu Singh et. al. (2006)
Paja Cu, Pb Han et. al. (2006)
Tuza de Maiz Zn, Cd, Mn El-Sayed et. al. (2011)
Semilla de tamarindo Cr Pehlivan y Altun (2008)
Cáscara y pelos de coco Cd Ofomaja y Ho (2007)
Piel de naranja Cd Gönen y Serin (2012)
Residuos de zanahoria Cu Eslamzadeh et. al. (2004)
Cáscara de uvas Cd Schiewer y Patil (2008)
Piel de limón Cd, Mn, Pb Pehlivan y Altun (2008)
Olivos Cd Azouaou et. al. (2008)
Cáscara de Maracuyá Cr Jacques et. al. (2007)
Flor de palma Cr Elangovan et. al. (2008)
Hojas de palma Zn Al-Rub (2006)
Corteza de pino Cd, Cr Argun y Dursun (2008)
Girasoles Cu, Cd, Zn, Cr Malik et. al. (2005)
Desechos de té Cu, Pb Amarasinghe y Williams (2007)
Bamboo Zn Sulaiman et. al. (2011)
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18
Lo que hace posible esta remoción, es la presencia de lignina, celulosa, hemicelulosa, proteínas,
azúcares y agua en los bio-materiales. Estos compuestos contienen grupos funcionales como
alcoholes, aldehídos, carboxilos, fenoles y éteres los cuales tienen una enorme afinidad con los
iones metálicos (Abia, Sud, Lesmana, et. al.)
En conclusión, se trata de materiales con excepcionales capacidades adsortivas, aprovechables y
en grandes cantidades, económicamente viables, reducida adición de químicos y aditivos y con
una amplia gama de metales por remover.
CORTEZAS
Se hará un breve acercamiento a las diferentes investigaciones realizadas con cortezas, debido a
que es el material de interés en este proyecto. Un primer estudio se realizó en 2009 en Corea,
Donghee Park utilizó corteza de pino como un biomaterial capaz de remover Cr (VI) tóxico de una
solución acuosa. Mediante XPS, se encontró que el Cr (VI) fue reducido abióticamente a Cr (III)
y posteriormente, ese cromo trivalente fue adsorbido en la superficie del pino. Se determinó que
la capacidad reductiva del pino es 8,7 veces mayor que los químicos comunes para reducción de
cromo hexavalente. Como conclusión, se estableció que la corteza de pino puede ser utilizada para
remediar suelos contaminados con cromo hexavalente de manera eficiente y eco-amigable (Park,
2009).
En segundo lugar, nuevamente Park utiliza pino para remover cromo, pero esta vez lo hace con
hojas secas de Pinus densiflora. Luego de realizar los ensayos, se concluyó que el mecanismo de
remoción de cromo es “adsorción-reducción”. Se realizaron varios experimentos por lotes
cambiando parámetros como pH, temperatura y tiempo de contacto para determinar la
combinación más eficiente de ellos. Al final, se determinó que la mejor configuración consistía en
60 horas de contacto, a pH 4 y 40°C (Park, 2011).
Para el siguiente caso, se utilizó la corteza del pino negro (Pinus nigra) para la remoción de cadmio
(Cd (II)) en aguas residuales. La corteza fue modificada mediante reacción de Fenton. Se
construyeron diferentes isotermas de adsorción usando un rango de concentración de Cd (II) entre
0,1 y 100 mg/L. El estudio mostró que la adsorción de cadmio con corteza de pino modificada es
una reacción espontánea y exotérmica. Se logró una eficiencia de remoción del 97% a pH 7 con
un tiempo de contacto de 90 minutos (Argun, 2008).
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Otro estudio realizado en 2008, utilizó corteza de naranjo para remover cadmio de soluciones
acuosas. Nuevamente se variaron los parámetros que afectan la adsorción como el tiempo de
contacto, concentración inicial y pH hasta encontrar las mejores condiciones. Se observó que la
adsorción de la corteza de naranjo se puede representar mediante la isoterma de Langmuir
(Azouaou, 2008).
Los últimos dos estudios, realizados por Seki y Rozaini en 1997 y 2010, respectivamente, buscaban
remover iones metálicos del agua. Rozaini utilizó corteza de mangle y Seki utilizó cortezas de
coníferas. Se estableció que este tipo de cortezas sirve para remover cadmio (Seki, 1997), cobre y
níquel (Rozaini, 2010). El mecanismo de remoción en ambos casos fue la adsorción mediante
materia orgánica.
NORMATIVAS
A continuación se exponen las normativas vigentes en cuanto a cromo se refiere:
Respecto a la calidad de los vertimientos, el ministerio de ambiente expidió la resolución 0631 del
17 de marzo de 2015 donde “se establecen los parámetros y valores límites máximos permisibles
en los vertimientos puntuales a cuerpos de aguas superficiales y los sistemas de alcantarillado
público”. En la tabla 5 se resumen los valores máximos admitidos para cromo.
Tabla 5 Niveles máximos vertimiento de cromo total (MinAmbiente, 2015)
Como se puede apreciar en la tabla anterior, la norma colombiana permite vertimientos con
concentraciones de cromo de hasta 0,5 mg/L. Sin embargo es interesante ver como hay una
excepción cuando se trata de la industria de curtiembres a la cual se le permite realizar vertimientos
de hasta 1,5 mg/L.
Ahora bien, se exponen los valore máximos admisibles de cromo para consumo humano tomados
de la EPA, la OMS y la resolución 2115 de 2007.
Sector ARD Minería Hidrocarburos Alimentos Industria Cerámicas Curtiembres Servicios Comercio
Cromo (Cr) 0,5 mg/L 0,5 mg/L 0,5 mg/L 0,5 mg/L 0,5 mg/L 1,0 mg/L 1,5 mg/L 0,5 mg/L 0,1 mg/L
Niveles máximos permitidos de vertimiento
20
Tabla 6 Valores máximos de cromo para consumo humano
Las tres fuentes consultadas, determinan que la concentración máxima de cromo en cuerpos de
agua para consumo humano es de 0,05 mg/L.
Observando las descargas que recibe el río Bogotá y las concentraciones de cromo que allí existen,
es de vital importancia tomar medidas al respecto. Todo con el fin de salvaguardar la salud humana.
EPA Norma colombiana OMS
0,05 mg/L 0,05 mg/L 0,05 mg/L
Nivel máximo de consumo
21
METODOLOGÍA
SÍNTESIS DE PARTÍCULAS
Para el desarrollo de la metodología, el primer paso fue consultar estudios existentes, con el fin de
determinar un protocolo de tratamiento para el material virgen y la posterior producción de la
harina a partir de este. En la tabla 7 se presenta un resumen de los métodos desarrollados en los
estudios investigados.
A partir de una comparación entre los diferentes métodos consultados, se pudieron determinar las
acciones que deben llevarse a cabo de manera imperativa. Inicialmente el material debe ser lavado,
preferiblemente con agua destilada o desionizada. Posteriormente, el material debe ser secado y el
método más efectivo es mediante el uso de hornos con una duración y temperatura variables. En
todos los casos se utilizaron métodos de corte y trituración mecánicos, por ende se llevó a cabo
esa acción. También se recomienda cribar y tamizar las muestras y por último se debe reservar el
material en recipientes herméticos o desecadores.
Tomando estas acciones en consideración, se implementó un protocolo modificado para tratar la
corteza de pino patula. A continuación se explica el proceso detallado de la metodología utilizada:
Recolección y determinación de corteza de pino: el primer paso fue obtener las muestras de pino
que sirvieron como insumo primario para el desarrollo de la propuesta. Aunque no se trata de
especies endémicas de Bogotá, sino que fueron introducidas en los cerros orientales para su
reforestación a mediados del siglo pasado (Guerrero, 2017), existe una alta disponibilidad de esta
especie en los cerros tutelares de la ciudad. Dado que hay una posibilidad de que todos estos
árboles sean talados para dar lugar a especies nativas (según el plan de manejo ambiental, PMA
del MinAmbiente 2017) se busca darles un uso más óptimo y útil. (CAR, 2017)
Con el fin de tener una plena certeza de la especie que se está utilizando y para evitar los riesgos
de “contaminación” que podrían existir al obtener la muestra en ambientes naturales, se contactó
a un ingeniero forestal quién recomendó que el pino a utilizar fuera la especie Pinus patula, el cual
abunda en los cerros bogotanos. Sin embargo, la muestra a utilizar proviene del departamento de
Nariño, donde existe una importante industria maderera y recientemente disponen de la corteza de
pino como sustrato para el cuidado de plantas. Una vez obtenido el producto, se verificó que no
hubiera sido tratado de ninguna manera (química o biológica) ni que tuviera conservantes ni
aditivos. El pino adquirido se encontraba en su estado más natural, cortado y seco.
22
Adecuación de la muestra: Posteriormente, el material adquirido fue adecuado para su correcto
uso y aplicación, para esto se realizó un lavado con agua doblemente destilada (con el fin de
eliminar e inocular cualquier impureza) y luego fue secado completamente. En ensayos realizados
previamente, el proceso de secado del material se realizó de varias maneras diferentes, explicadas
en las tabla 7. En algunos casos se requirió la utilización de un horno, mientras que en otras el
proceso se realizó a temperatura ambiente.
Para el presente proyecto, se utilizó el primer método que requiere un horno (marca E & Q).
Después de observar las diferentes combinaciones entre temperatura y tiempo de secado, se
decidió que la mejor en este caso era de 20 horas a 70°C.
Corte y trituración: Una vez adecuada la materia prima (corteza de pino) el siguiente paso es el
corte y la trituración de esta en pequeños pedazos. Para los estudios realizados previamente, esta
trituración consistió en métodos mecánicos, no especificados. En este caso, se realizó este paso
mediante métodos mecánicos, llevando el material a tamaños de partícula bastante más pequeños
(especificados en la parte de resultados) dentro de lo que se incluyó el uso de un molino de
mandíbulas (Marca Retsch).
Tamizado: Como se pudo ver en los métodos investigados, varios de ellos utilizaron el proceso
de cribado y tamizado para asegurar un mínimo tamaño de partícula. En este caso, se realizó un
tamizado con un tamaño de 600 micras, donde se dejaron las partículas más pequeñas.
Segundo corte (pulverización): Como un paso adicional a los trabajos realizados anteriormente,
se llevó el material ya obtenido a tamaños de partícula mucho más pequeños. Previamente se
utilizaron tamaños de partícula milimétricos (0,1 a 0,3 cm.), ahora se busca que estos sean
nanométricos o por lo menos micrométricos. Esta modificación a los procedimientos previos se
basa en los conceptos de la nanotecnología donde se establece que las propiedades físicas y
químicas de los materiales cambian al trabajarlos en una escala menor (Zanella, 2011). El objetivo
de realizar este cambio es determinar si la reducción de tamaños de partículas de corteza de pino,
optimiza el proceso de adsorción de cromo en aguas. Para lograrlo, se utilizó un molino de alta
energía que entregó como resultado un polvillo cuya distribución de tamaños será discutida más
adelante.
23
Tabla 7 Métodos de tratamiento de corteza
24
Adicionalmente, parte del material fue tratado para remover el color propio de la harina. Para esto,
se llevó a cabo un proceso de filtración que se explica a continuación:
1. Se mezcla el material con agua destilada o desionizada y se mantiene en movimiento, puede
ser de forma manual o con la ayuda de una perla de agitación
2. Se realiza un proceso de filtrado utilizando papel de filtración de tamaños de poro de 0,45
micras
3. El agua filtrada se desecha y el material retenido en el filtro vuelve a sufrir el mismo
procedimiento desde el paso 1
4. Se repite tres veces el proceso o hasta que el agua filtrada salga relativamente sin turbiedad
5. Una vez concluida la filtración, se lleva el material al horno para que quede completamente
seco
Este procedimiento se realizó entre los pasos 4 y 5 de la metodología general para la síntesis de
nanopartículas.
En la figura 3 se muestra el paso a paso del proceso de filtración descrito anteriormente.
Figura 3 Proceso de filtración
25
EXPERIMENTOS DE ADSORCIÓN
Para los experimentos de adsorción, se utilizó la técnica de colorimetría que permitió identificar
las concentraciones de cromo hexavalente antes y después de los ensayos y de esta manera calcular
la eficiencia de los mismos.
Hay que aclarar que este método de determinación de cromo sólo es válido para cromo hexavalente
y presenta varias interferencias que podrían afectar los resultados. A pesar de que la difenil
carbazida reacciona casi que exclusivamente con el Cr (VI), también puede generar color al entrar
con molibdeno y mercurio. También puede generar interferencias con la presencia de vanadio,
permanganato y hierro. En presencia de materia orgánica, puede que el Cr (VI) se reduzca a
Cr (III).
El primer paso fue construir la curva de calibración, para ello se siguió el protocolo establecido en
el libro de Standard Methods (SM 3500-Cr B) y se graficaron las concentraciones versus la
absorbancia. La curva obtenida se encuentra en la figura 4, donde se puede apreciar que el ajuste
es casi perfecto, teniendo un R cuadrado de 0,9998.
Figura 4 Curva de calibración colorimetría
26
Luego de haber sintetizado el material y haber calculado la curva de calibración, se evaluó su
desempeño para la remoción de Cr (VI). Para ello se construyeron unos reactores donde tuvo lugar
el proceso de adsorción. Cada reactor contenía una disolución de inicial de cromo diferente, en
total se establecieron 5 concentraciones iniciales que fueron: 0,02 mg/L; 0,2 mg/L; 1 mg/L; 2 mg/L
y 10 mg/L. El volumen de agua contaminada en cada reactor fue de 7 mililitros y a cada uno se le
aplicó la misma dosis de adsorbente: 1 mg/mL. Adicionalmente, se hicieron reactores sin cromo
que sirvieron como blanco en las pruebas.
Una vez los reactores están armados, se llevaron a un baño de sonicación durante 5 minutos y
luego se pusieron a rotar durante el tiempo de contacto escogido para cada ocasión (esta rotación
se realizó en rotores automáticos que debían cambiarse cada 12 horas). En este caso, los reactores
estuvieron girando durante 8 días el primer lote de experimentos y durante 4 días el segundo
(ambos con resultados satisfactorios).
Cuando el tiempo de rotación se completó, los reactores se sacaron de los rotores y fueron
centrifugados durante 5 minutos a 7000 revoluciones por minuto, con el fin de analizar la presencia
de cromo hexavalente en el sobrenadante.
Para la medición de cromo (Cr (VI)) se utilizó el protocolo de la Standard Methods (Con cantidades
equivalentes para este ensayo) que consistió en lo siguiente:
1. Extraer el volumen de la muestra a analizar
2. Adicionar ácido fosfórico para ajustar el pH
3. Adicionar la difenilcarbazida para desarrollar el color
4. Transferir a una celda de absorción de 1 cm.
5. Medir la absorbancia a 540 nm.
6. Ingresar el valor en curva de calibración
ATENCIÓN: se debe medir la concentración de cromo antes y después de cada ensayo, para medir
la verdadera eficiencia. Nunca asumir valores iniciales teóricos.
El ensayo se aplicó para muestras de pino con color y sin color.
27
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los resultados se separan en dos fases:
La primera se refiere a los experimentos realizados tras la primera molienda
La segunda corresponde a los experimentos realizados tras la segunda molienda
PRIMERA FASE
La primera fase corresponde a los experimentos realizados después de haber hecho la primera
molienda utilizando el molino de mandíbulas.
Mediante granulometría, se realizó la distribución de tamaños de partícula para la harina
producida, en la tabla 8 se muestra el resumen de dicha distribución para el polvo de pino con
color. Se tiene que el diámetro promedio en dicha medición fue de 83,7 micras. También resulta
interesante observar que el diámetro menor al 10% se encuentra en 9,02 micras. Para ayudar a
entender mejor estos resultados, se presenta la figura 5 donde se observa la curva de distribución
para polvo de pino con color. De dicha curva se ve claramente como existen dos picos de
distribución, uno alrededor de las 80 micras y uno más pequeño cercano a las 300 micras.
Ahora bien, se tiene el mismo análisis para los resultados de granulometría de polvo de pino sin
color. En la tabla 9 se muestra el resumen de esta distribución y se observa que el diámetro
promedio en este caso fue de 108,95 micras y que el diámetro menor al 10% se ubica en 15,31
micras. Nuevamente, se aprecian dos picos de distribución (observando la figura 6), en este caso
se encuentran en 70 y 500 micras, respectivamente.
De los resultados obtenidos se pueden concluir varias cosas. Primero que todo, el polvo de pino
con color tiene claramente un distribución de tamaños más pequeño que el pino sin color. La
diferencia en el tamaño promedio es de aproximadamente 15 micrómetros y el diámetro menor al
10% se reduce en más de 6 micras.
Estos resultados se deben a que al eliminar el color que posee naturalmente el pino, se están
removiendo las partículas más finas y diminutas de este. Al hacer el análisis granulométrico
eliminando dichas partículas, el tamaño promedio aumenta, al igual que el diámetro menor al 10%.
28
Tabla 8 Resumen distribución de tamaños Pino con Color (primera fase)
Figura 5 Curva distribución de tamaños Pino con Color (primera fase)
29
Tabla 9 Resumen distribución de tamaños Pino sin Color (primera fase)
Figura 6 Curva distribución de tamaños Pino sin Color (primera fase)
Habiendo realizado la distribución de tamaños, se hicieron los experimentos de adsorción
respectivos. A continuación los resultados de cada uno de ellos. En este caso, se realizó una réplica
del experimento, puesto que la primera vez no se midieron las concentraciones iniciales de cromo
en los reactores sino que se trabajó con concentraciones iniciales teóricas.
30
Tabla 10 Resultados adsorción pino con color (primera fase)
Figura 7 Curva de eficiencia adsorción pino con color (primera fase)
Tabla 11 Resultados adsorción pino sin color (primera fase)
Figura 8 Curva de eficiencia adsorción pino sin color (primera fase)
Co (teórica) Co (mg/L) Cf (mg/L) % Eficiencia
0,02 0,02 0,000 100,00
0,2 0,2 0,018 91,00
1 1 0,016 98,40
2 2 0,000 100,00
10 10 1,059 89,41
COLOR
Co (teórica) Co (mg/L) Cf (mg/L) % Eficiencia
0,02 0,02 0,002 92,00
0,2 0,2 0,008 96,15
1 1 0,005 99,47
2 2 0,277 86,15
10 10 4,040 59,60
SIN COLOR
31
Tabla 12 Resultados adsorción pino con color (primera fase) Replica
Figura 9 Curva de eficiencia adsorción pino con color (primera fase) Replica
Tabla 13 Resultados adsorción pino sin color (primera fase) Replica
Figura 10 Curva de eficiencia adsorción pino sin color (primera fase) Replica
Co (teórica) Co (mg/L) Cf (mg/L) % Eficiencia
0,02 0,082 0,000 100,00
0,2 0,257 0,000 100,00
1 1,043 0,022 97,85
2 2,000 0,039 98,03
10 10,232 0,167 98,37
COLOR
Co (teórica) Co (mg/L) Cf (mg/L) % Eficiencia
0,02 0,082 0,000 100,00
0,2 0,257 0,000 100,00
1 1,043 0,000 99,96
2 2,000 0,059 97,05
10 10,232 1,877 81,65
SIN COLOR
32
En las tablas 10 y 11 se ven las concentraciones finales de cromo después de haber tenido el tiempo
de contacto con el pino (8 días en este caso). En la tabla 10 se muestran los resultados para pino
con color y se aprecia que la eficiencia es casi perfecta con valores de remoción superiores al 90%,
siendo la menor de ellas del 89,41%. En la tabla 11 se muestran los resultados para pino sin color,
nuevamente la eficiencia es realmente buena, salvo para la concentración inicial de 10 mg/L donde
solamente se logró un 60% de remoción. En las figuras 7 y 8 se graficaron las eficiencias
calculadas anteriormente y se aprecia claramente como existe una mayor remoción para
concentraciones iniciales menores y como la eficiencia va disminuyendo a medida que se aumenta
la dosis inicial de contaminante.
Como se mencionó anteriormente, en este caso no se midieron las concentraciones de cromo antes
de empezar la adsorción sino que se manejaron valores teóricos. Debido a esto, se decidió realizar
una réplica del experimento donde se midieron las concentraciones iniciales reales para comprobar
la veracidad de los resultados obtenidos.
En las tablas 12 y 13 se aprecian las concentraciones finales de cromo después de haber finalizado
el tiempo estipulado de rotación (4 días en este caso). En la tabla 12 se muestran los resultados de
la réplica para pino con color. Se puede constatar que presenta una eficiencia muy elevada donde
la menor remoción fue de 97,85%. En la tabla 13 se muestran los resultados de la réplica para pino
sin color, nuevamente la eficiencia es realmente buena, pero una vez más hay problemas para la
concentración inicial de 10 mg/L donde solamente se logró un 81,65% de remoción, lo cual es
realmente bueno, pero bajo en comparación con los otros resultados que fueron remociones del
100%. En las figuras 9 y 10 se graficaron las eficiencias calculadas anteriormente y se aprecia
claramente como existe una mayor remoción para concentraciones iniciales menores y como la
eficiencia va disminuyendo a medida que se aumenta la dosis inicial de contaminante.
A partir de estos resultados se puede concluir que existe una tendencia clara de disminución de
eficiencia a medida que las concentraciones iniciales de cromo aumentan. También se puede decir
que el pino con color fue relativamente más eficiente que el pino sin color, tal vez debido a la
presencia de partículas más pequeñas. Por último, no existe una diferencia entre un tiempo de
contacto de 4 y 8 días, por lo cual el tiempo de equilibrio adsortivo es menor del que se pensó
inicialmente
33
SEGUNDA FASE
La segunda fase corresponde a los experimentos realizados después de haber hecho la segunda
molienda, en el molino de alta energía.
Tabla 14 Resumen distribución de tamaños Pino con Color (segunda fase)
Figura 11 Curva distribución de tamaños Pino con Color (segunda fase)
Tabla 15 Presencia partículas más pequeñas pino con color (segunda fase)
34
Tabla 16 Resumen distribución de tamaños Pino sin Color (segunda fase)
Figura 12 Curva distribución de tamaños Pino sin Color (segunda fase)
Tabla 17 Presencia partículas más pequeñas pino sin color (segunda fase)
35
En las tablas 14 y 16 se aprecian los resúmenes para ambas distribuciones de tamaño, tanto para
pino con color y pino sin color. En el primer caso, el diámetro medio fue de 19,15 micras y en el
segundo fue de 15,36. Para el tamaño de partícula menor al 10% se tiene que para el pino con color
es de 1,95 y para pino sin color es de 1,52 micras.
Ahora bien, analizando las figuras 11 y 12, se aprecia claramente un comportamiento casi idéntico
donde el mayor tamaño de partícula observado es de 100 micrómetros. También es interesante
observar la existencia de partículas menores a 0,1 micras. Esto último se puede constatar en las
tablas 15 y 17 donde se corrobora la existencia de partículas de 0,04 micras de tamaño, es decir 40
nanómetros.
Lo primero que hay que decir, es que el molino de alta energía cumplió su objetivo, puesto que
redujo el tamaño de las partículas en un orden de magnitud. A partir de estos resultados se puede
decir que se alcanzaron los tamaños de partículas deseados, no en su mayoría, pero si hay
existencia de ellos. Dentro de las muestras se puede afirmar que existen nanopartículas ya que se
encuentran en tamaños menores a 100 nm (0,1 micras).
Para este tipo de tamaños, no afecta que la muestra sea con color o sin color, ya que se alcanzan
los mismos resultados.
A continuación les resultados de los experimentos de adsorción realizados con esta nueva
distribución de tamaños de partícula. En este caso se dejaron rotando durante 4 días. El objetivo
de esta segunda tanda de experimentos fue definir si existía una mayor eficiencia al reducir aún
más el tamaño de las partículas.
36
Tabla 18 Resultados adsorción pino con color (segunda fase)
Figura 13 Curva de eficiencia adsorción pino con color (segunda fase)
Tabla 19 Resultados adsorción pino sin color (segunda fase)
Figura 14 Curva de eficiencia adsorción pino sin color (segunda fase)
Co (teórica) Co (mg/L) Cf (mg/L) % Eficiencia
0,02 0,082 0,005 93,57
0,2 0,257 0,009 96,52
1 1,043 0,000 100,00
2 2,000 0,000 100,00
10 10,232 0,142 98,61
COLOR
Co (teórica) Co (mg/L) Cf (mg/L) % Eficiencia
0,02 0,082 0,000 100,00
0,2 0,257 0,000 100,00
1 1,043 0,000 100,00
2 2,000 0,000 100,00
10 10,232 1,291 87,38
SIN COLOR
37
En las tablas 18 y 19 se aprecian las concentraciones finales de cromo después de haber finalizado
el tiempo estipulado de rotación de 4 días. En la tabla 18 se muestran los resultados para pino con
color. En este caso sucede algo curioso y es que las concentraciones más bajas de contaminantes
no son las que presentan remociones más altas. A pesar de ser superiores al 93% son
comportamientos que no se vieron en ningún otro ensayo. En la tabla 19 se muestran los resultados
para pino sin color, en esta oportunidad todas las remociones alcanzaron el 100% de efectividad,
pero una vez más hay problemas para la concentración inicial de 10 mg/L donde se logró un
87,38% de remoción, lo cual es muy alto, pero bajo en comparación con los otros resultados que
fueron remociones del 100%. En las figuras 13 y 14 se graficaron las eficiencias calculadas
anteriormente y se aprecia claramente como existe una mayor remoción para concentraciones
iniciales menores, exceptuando el caso de pino con color y como la eficiencia va disminuyendo a
medida que se aumenta la dosis inicial de contaminante.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
A partir de la investigación hecha y los experimentos realizados se puede concluir que:
Se cumplió el objetivo de sintetizar partículas ultrafinas y nanopartículas a partir de corteza
de pino. A pesar de no ser el tamaño predominante, se logró alcanzar estos tamaños y los
experimentos realizados en la segunda fase se hicieron con la presencia de nanopartículas.
La corteza de pino es un excelente adsorbente y permite la remoción de cromo hexavalente
del agua
En tamaños de partícula muy pequeños no existe diferencia entre el pino con color o el
pino sin color, en términos de distribución de tamaños, debido a que son esas partículas tan
finas las que otorgan color
La presencia o no de color en el pino, no afecta en mayor medida la capacidad adsortiva
del mismo, sin embargo se observó un mejor desempeño del pino con color.
En general, la tendencia en la efectividad de la remoción es que es mucho mejor para
concentraciones iniciales bajas. A medida que se aumenta la concentración de cromo, la
efectividad disminuye
Mediante métodos mecánicos convencionales es posible la síntesis de nanopartículas
38
No existe diferencia en la eficiencia entre un tiempo de contacto de 4 y 8 días. A partir de
esto se puede decir que el equilibrio de adsorción se alcanza en períodos cortos de tiempo
Además, se recomienda para futuros estudios:
Realizar isotermas para encontrar el punto donde se alcanza el equilibrio de adsorción
Indagar sobre la composición elemental del pino para comprender mejor los mecanismos
de remoción que tienen lugar
Con la construcción de isotermas, comparar la eficiencia en términos de tiempo de
equilibrio, entre diferentes tamaños de partícula
Realizar nuevamente los experimentos, pero esta vez dejando una concentración de
contaminante fija y variando las dosis de adsorbente
Persistir en la consecución de partículas nanométricas, mediante la búsqueda de otros
métodos que lo permitan
39
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