Eliminación de colorantes en efluentes de la industria textil

Desde el comienzo de la humanidad, el hombre ha utilizado colorantes. Hasta mediados del siglo XIX, todos los colorantes empleados eran de origen natural, tanto orgánicos como inorgánicos. La fabricación de colorantes sintéticos se inició en 1856. Ya a comienzos del siglo XX, los colorantes sinté-ti...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Pirillo, Silvina
Otros Autores: Rueda, Elsa H.
Formato: tesis doctoral
Lenguaje:Español
Publicado: 2011
Materias:
Colorantes textiles
Adsorción
Biodegradación
Acceso en línea:http://repositoriodigital.uns.edu.ar/handle/123456789/2137
Aporte de:
Repositorio Institucional Universidad Nacional del Sur (UNS) de Universidad Nacional del Sur
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description Desde el comienzo de la humanidad, el hombre ha utilizado colorantes. Hasta mediados del siglo XIX, todos los colorantes empleados eran de origen natural, tanto orgánicos como inorgánicos. La fabricación de colorantes sintéticos se inició en 1856. Ya a comienzos del siglo XX, los colorantes sinté-ticos suplantaron casi por completo a los colorantes naturales. Sobre la base de la estructura química o del cromóforo, se pueden discernir 20-30 grupos diferentes de colorantes. Los colorantes azo (monoazo, disazo, triazo, poliazo), antraqui-nona, ftalocianina y triarilmetano son los grupos cuantitativa-mente más importantes. La principal vía por la que los colorantes se incorporan al ambiente es a través de las aguas residuales. Muchos colorantes son visibles en agua a concen-traciones tan bajas como 1 mg/L. Los efluentes textiles típica-mente presentan un contenido de colorante en el intervalo 10-200 mg/L y son altamente coloreados. La liberación de estos colorantes supone un peligro ecotóxico. Es así que la descar-ga de aguas residuales coloreadas provenientes de diversos sectores industriales es actualmente un grave problema de la gestión ambiental. Se pueden emplear varios pre-tratamientos físicos, químicos y biológicos, previos al tratamiento principal y a las técnicas de post-tratamiento para eliminar el color de las aguas residuales que contienen colorantes. El objetivo de esta Tesis fue estudiar la eliminación de tres colorantes comerciales: alizarina (colorante antraquinona), azul negro de eriocromo R (colorante azo), y fluoresceína (colorante aril-metano). Los mismos fueron elegidos porque pertenecen a las tres clases de colorantes que representan el mayor porcen-taje de color en un efluente textil real. En primer lugar se detallan las propiedades y la caracterización de los óxidos de hierro utilizados como adsorbentes: goetita, Co-goetita y magnetita, así como también de los tres colorantes seleccio-nados. Luego, se presentan los resultados obtenidos en el estudio de adsorción de los tres colorantes utilizando a los tres óxidos de hierro. Se muestra el estudio de las isotermas de adsorción, el comportamiento de la adsorción en función del pH, las propiedades ácido-base de los sitios superficiales libres y unidos al colorante, y los modelados incluyendo reacciones de complejación superficial aplicando un modelo apropiado de doble capa eléctrica. Los tres óxidos de hierro en la secuencia goetita > Co-goetita > magnetita han demos-trado ser eficientes para la remoción de los tres colorantes estudiados en medio acuoso. Los valores de las constantes de acidez superficial de los óxidos estudiados al igual que los valores de las constantes de desprotonación de los colorantes afectarán en forma conjunta el comportamiento de la adsor-ción con el pH. Puesto que en esta Tesis se utilizó al quitosa-no como soporte para la eliminación de colorantes por catá-lisis enzimática heterogénea, se determinó la capacidad adsorbente del quitosano y se compararon los resultados de adsorción con aquellos obtenidos empleando los adsorbentes goetita y magnetita. A partir de las experiencias cinéticas se pudo concluir que la adsorción de todos los colorantes sobre quitosano es rápida y comparable a la de los óxidos de hierro. El quitosano es un adsorbente excelente (mejor que los óxidos de hierro) para alizarina y azul negro de eriocromo R. En el caso de la fluoresceína, la goetita a pH 5 y 9 fue más eficiente como adsorbente que el quitosano. Se emplearon métodos de mecánica molecular para estudiar las interaccio-nes estéricas entre los colorantes y las superficies de los óxidos. Además, se obtuvieron los correspondientes espectros por espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), y en el caso de la fluoresceína también se utilizó espectroscopia Raman. El modelado con MM2 nos permitió considerar estructuras diferentes que pueden explicar las tendencias encontradas en la adsorción de estos tres coloran-tes sobre los óxidos de hierro estudiados en esta Tesis. Los modelados teóricos y moleculares empleados en esta Tesis concuerdan con nuestros datos de adsorción y con los espectros FTIR obtenidos a diferentes valores de pH. Se presenta un análisis comparativo de las capacidades de la enzima peroxidasa de rábano picante (HRP) y su biomimético hematin, ambos en forma libre, en reacciones específicas para la eliminación de los tres colorantes seleccionados. Las activi-dades de la HRP y del hematin son claramente diferentes. No sólo la eficiencia en la eliminación final de los colorantes es diferente, también existen claras diferencias en las vías de reacción. El hematin demostró ser un biomimético potencial, útil y eficaz de HRP. Finalmente, se muestra el estudio de la inmovilización tanto de HRP como de hematin sobre diferen-tes soportes para ser utilizados en la remoción de los tres colorantes. Se evalúa la actividad catalítica a través de experiencias que surgen de la aplicación de un diseño experi-mental utilizando el programa Statgraphics Centurion XVI, y se establece la estabilidad de los sistemas estudiados mediante ensayos de reuso. Se pudo demostrar que la adsorción simple no resulta un método efectivo para inmovi-lizar HRP al quitosano, mientras que sí se logra inmovilizar a esta enzima en el quitosano a través de la activación con glutaraldehído. Solamente se realizó un diseño factorial para el azul negro de eriocromo R. Las experiencias de reuso mostra-ron que los catalizadores soportados son más estables que los solubles.

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