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Título : Evaluación del potencial de la cáscara de cacao modificada con tempo para la adsorción de cadmio en soluciones acuosas
Autor : Zambrano Reyes, Amy Mercedes
Largo Campoverde, Gerson Adrián
Director(es): Carchi Tandazo, Tanya Alexandra
Palabras clave : CACAO;CADMIO;TEMPO;ADSORCION
Fecha de publicación : 2024
Editorial : Machala: Universidad Técnica de Machala
Citación : Zambrano Reyes A. M.; Largo Campoverde G. A. (2024) Evaluación del potencial de la cáscara de cacao modificada con tempo para la adsorción de cadmio en soluciones acuosas (trabajo de titulación). UTMACH, Facultad de Ciencias Químicas y de la Salud, Machala, Ecuador.
Descripción : La contaminación del suelo por metales pesados, como el cadmio, suele involucrar múltiples metales coexistentes, lo que complica su control y remediación. A pesar de los métodos actuales, los residuos contaminantes persisten, afectando negativamente los ecosistemas y los hábitats humanos. El procesamiento del cacao genera subproductos, siendo la cáscara de cacao la principal. Aunque tradicionalmente se usa como combustible o fertilizante, estudios recientes exploran su potencial en aplicaciones industriales, como la extracción preferencial de cadmio en soluciones acuosas. La adsorción surge como una opción eficiente y sustentable para eliminar metales de aguas contaminadas. Para caracterizar el material adsorbente TCC, se llevaron a cabo estudios detallados, incluyendo la determinación del Potencial de Carga Cero (pHpzc) y FTIR. Estos métodos permitieron evaluar tanto la eficacia del adsorbente en la remoción de metales como las características de su superficie y estructura química, proporcionando una comprensión integral de su desempeño en el tratamiento de aguas. En este estudio, se determinó que el material adsorbente modificado con TEMPO (TCC); compuesto orgánico utilizado como un oxidante selectivo en la modificación de materiales, mejorando las propiedades químicas y adsorptivas de los materiales que se modifican; derivado de la cáscara de cacao. Aquello resulta en un punto de carga cero (pHpzc) de 6.28, lo que permitió la adsorción tanto de aniones como de cationes dependiendo del pH del medio, fundamental para el tratamiento de soluciones acuosas con cadmio, ya que, por encima del pHpzc, la superficie del adsorbente se cargaba negativamente, favoreciendo la adsorción de cationes como Cd²⁺. El estudio FTIR del material adsorbente TCC reveló que el pico de C=O (estiramiento) a 1693.39 cm⁻¹ indicaba una interacción significativa entre los grupos carbonilo y Cd²⁺, además de la participación de los grupos carboxilo (COOH). El desplazamiento del pico de 1712.96 cm⁻¹ en la cáscara de cacao a 1693.39 cm⁻¹ en el adsorbente modificado confirmó que los grupos carbonilo estaban involucrados en la unión con Cd²⁺. Estos grupos funcionales interactuaron con los adsorbatos; TEMPO, al convertir los grupos hidroxilo en carboxilos, mejoró notablemente la capacidad de adsorción del material. En la evaluación de la capacidad de regeneración mediante el estudio de adsorción - desorción del material adsorbente TCC con HNO3 como eluyente, los resultados mostraron que, en el primer ciclo, se adsorbieron 1.1205 mg de cadmio y se desorbieron 0.99675 mg, mientras que en el segundo ciclo se adsorbieron 0.268 mg y se desorbieron 0.02925 mg. A pesar de la desorción incompleta del cadmio, la activación del adsorbente mejoró su capacidad y reactividad, facilitando su reutilización eficiente, demostrando que el TCC mantuvo una buena capacidad de regeneración y distribución de los sitios activos en su superficie.
Resumen : Soil contamination by heavy metals, such as cadmium, often involves the presence of multiple coexisting metals, complicating its control and remediation. Despite current methods, contaminant residues persist, negatively impacting ecosystems and human habitats. Cocoa processing generates by-products, with cocoa husks being the primary one. Although traditionally used as fuel or fertilizer, recent studies explore its potential in industrial applications, such as the preferential extraction of cadmium from aqueous solutions. Adsorption emerges as an efficient and sustainable option for removing metals from contaminated waters. Detailed studies, including the determination of the Zero Point of Charge (pHpzc) and FTIR analysis, were conducted to characterize the TCC adsorbent material. These methods allowed for the evaluation of the adsorbent's effectiveness in metal removal as well as the characteristics of its surface and chemical structure, providing a comprehensive understanding of its performance in water treatment. In this study, it was determined that the adsorbent material modified with TEMPO (TCC)—an organic compound used as a selective oxidant in material modification, enhancing the chemical and adsorptive properties of modified materials—was derived from cocoa husks.This resulted in a Zero Point of Charge (pHpzc) of 6.28, enabling adsorption of both anions and cations depending on the pH of the medium, which is crucial for treating aqueous solutions with cadmium. Above the pHpzc, the adsorbent's surface became negatively charged, favoring the adsorption of cations such as Cd²⁺. The FTIR study of the TCC adsorbent material revealed that the C=O stretching peak at 1693.39 cm⁻¹ indicated significant interaction between the carbonyl groups and Cd²⁺, as well as the involvement of carboxyl groups (COOH). The shift of the peak from 1712.96 cm⁻¹ in the cocoa husk to 1693.39 cm⁻¹ in the modified adsorbent confirmed that the carbonyl groups were involved in binding with Cd²⁺. These functional groups interacted with the adsorbates; TEMPO, by converting hydroxyl groups to carboxyls, markedly improved the adsorption capacity of the material. In the regeneration capacity assessment through adsorption-desorption studies of the TCC adsorbent with HNO3 as the eluent, results showed that in the first cycle, 1.1205 mg of cadmium was adsorbed and 0.99675 mg was desorbed, while in the second cycle, 0.268 mg was adsorbed and 0.02925 mg was desorbed. Despite incomplete desorption of cadmium, the activation of the adsorbent enhanced its capacity and reactivity, facilitating efficient reuse and demonstrating that TCC maintained good regeneration capability and distribution of active sites on its surface.
URI : http://repositorio.utmachala.edu.ec/handle/48000/23524
Aparece en las colecciones: Trabajo de Titulación Ingeniería Química

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