Bio-adsorbentes basados en Hemicelulosa tipo Galactoglucomanano con propiedades de remoción de contaminantes inórgánicos

Abstract

La problemática medioambiental en torno a la contaminación por metales pesados se ha transformado en un tema emblemático a lo largo de los años. Un método ampliamente utilizado en el tratamiento de contaminantes disueltos es la adsorción. Por lo que la investigación y el uso de biopolímeros con propiedades extractantes de iones metálicos se ha considerado como una alternativa viable para el tratamiento de estos agentes inorgánicos en solución acuosa, debido a la alta eficiencia de remoción. El galactoglucomanano es una hemicelulosa obtenida de la pulpa Kraft húmeda blanqueada de pino radiata (fibra larga), suministrada por la empresa CMPC, Santa Fe, Chile. El galactoglucomanano tiene origen en la hemicelulosa heteropolisacárida de Pino radiata. En esta Memoria de Título se realizó la síntesis y caracterización del macromonómero galactoglucamanano metacrilato (GGM-MA), que luego por polimerización radicalaria con distintos monómeros sintéticos generó tres tipos de hidrogeles biopoliméricos. Los hidrogeles H1 y H2 se utilizaron para la remoción de especies catiónicas tales como Cu(ll), Pb(ll) y Cd(ll) y el hidrogel H3 para remover oxoaniones como As(V). El hidrogel H1 posee grupos amídicos y sulfónicos y el hidrogel H2 posee grupos carboxílicos para remover los cationes presentes en solución acuosa. Mientras que el hidrogel H3 posee grupos amonio cuaternarios para remover aniones u oxoaniones. H1 es el hidrogel que presentó la mayor capacidad de adsorción de especies contaminantes. Se realizaron estudios de hinchamiento en agua en donde el hidrogel H1 presenta 22.72g H2O/g hidrogel, además de estudios de adsorción en función del pH, tiempo y estudios de capacidad máxima. El hidrogel H1 es el que presentó la mayor capacidad de adsorción de iones, por lo que para este hidrogel se realizaron estudios termodinámicos y cinéticos, bajo sistema batch a pH 4 (pH óptimo) a 25°C, 35°C y 45°C. La cinética de adsorción fue mejor descrita por la ecuación de Lagergren de pseudo segundo orden con un ajuste de R2=0.99 y los modelos de Langmuir y Freundlich fueron seleccionados para la representación de las isotermas, donde el valor de la energía libre de Gibbs señala la espontaneidad y factibilidad del proceso. La adsorción de Cu(ll), Cd(ll) y Pb(ll) se ajusta al modelo isotérmico de Langmuir con un coeficiente de correlación lineal de 0.98, 0.99 y 0.98, respectivamente. Donde el parámetro de capacidad máxima de adsorción (qmax) del hidrogel H1 es 151.5 mg/g de iones Pb(ll), 82.6 mg/g de iones Cu(ll) y 58.8 mg/g de iones Cd(ll) a 25°C. Para el modelo de Freundlich se obtiene un coeficiente de correlación lineal promedio de 0.87 para los tres metales. Se realizaron pruebas en columnas de adsorción (método continuo) a temperatura ambiente con el hidrogel que presentó las mejores propiedades de adsorción de especies iónicas por el método batch. En este caso el hidrogel utilizado es H1 con el catión Pb(ll). Las pruebas se realizaron en una columna de lecho fijo con flujo descendente, con dos contactos y dos eluciones. En este estudio se verifica que el hidrogel mantiene su capacidad de adsorción al realizar el segundo contacto y el agente eluyente es eficiente, ya que es capaz de remover aproximadamente un 80% de la especie inorgánica aun cuando la configuración de la columna posee un tiempo de residencia de 28.4 segundos.