Hidrogeles compuestos a base de microfibras de celulosa y quitosano para la recuperación de cobre en soluciones acuosas - Astudillo Echeverría, Jordi Said; Valarezo Tenesaca, Edwin Iván (My University, 2024)
Copper is one of the metals that is often found exceeding permissible limits due to anthropogenic factors, making it a risk for human health and the environment. In this context, the development of polymeric materials for the removal of metal ions is a priority in the field of chemical engineering. The objective of this study was to evaluate the potential of cellulose microfibers (CMF) and hydrogels composed of chitosan modified with citric acid and polyethyleneimine (CS/PEI and CS/CMF/CA/PEI) for the recovery of copper in aqueous solutions. The CMF were obtained from dried banana rachis after a delignification, bleaching and hydrolyzing process, resulting in cellulose microfibers, while CS/PEI began with the dilution of chitosan (CS) in acetic acid to later be homogenized with a polyethyleneimine (PEI) solution, then bound with sodium hydroxide for cross-linking; On the other hand, the CS/CMF/CA/PEI material was chemically modified with the carboxyl groups of citric acid (CA) and then mixed with the CS and PEI solution, similar to that described above. The characterization was carried out using FTIR spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), zero charge potential (pHpzc), swelling percentage and water retention percentage. While for the pH adsorption study, conditions of 3, 4 and 5 were used. The characterization analyses showed that the CS/PEI and CS/CMF/CA/PEI materials have a high swelling capacity and the water retention times were very similar. The X-ray patterns reveal important information such as the crystallinity index, with CS/PEI having a much lower index than the rest of the materials. SEM images provide information on the size of the microfibers in the case of CMF, but in CS/PEI and CS/CMF/CA/PEI, fibers in nanometers were obtained. FTIR spectroscopy of the adsorbent materials revealed the presence of functional groups such as OH, C-H and C-N-C stretching, C-O-C vibrations, C=O bonds and CH2 deformation. Finally, the pH adsorption study indicated that the CS/PEI material has the maximum adsorption percentage of 94%, starting from an initial concentration of 50 ppm at a pH of 5. These developed materials present a promising, sustainable and biodegradable alternative for the remediation of copper-contaminated waters, being a potential for their application in industrial effluent treatments.
El cobre es uno de los metales que se encuentra en muchas ocasiones superando los límites permisibles debido a los factores antropogénicos, volviéndolo un riesgo para la salud humana y el medio ambiente. En este contexto, el desarrollo de materiales poliméricos para la remoción de los iones metálicos es una prioridad en el campo de la ingeniería química. El objetivo de este estudio fue la evaluación del potencial de microfibras de celulosa (CMF) e hidrogeles compuestos de quitosano modificado con ácido cítrico y polietilenimina (CS/PEI y CS/CMF/CA/PEI) para la recuperación de cobre en soluciones acuosas. Las CMF se obtuvieron del raquis de banano seco tras un proceso de deslignificado, blanqueado e hidrolizado, dando como resultado microfibras de celulosa, mientras que el CS/PEI comenzó con la dilución del quitosano (CS) en ácido acético para posteriormente ser homogenizado con una solución de polietilenimina (PEI), seguidamente aglutinado con hidróxido de sodio para su reticulación; por otra parte, el material CS/CMF/CA/PEI se modificó químicamente la CMF con los grupos carboxilo del ácido cítrico (CA), para luego ser mezclado con la solución de CS y PEI, similar a lo anteriormente expuesto. Se realizó la caracterización mediante espectroscopia FTIR, microscopia electrónica de barrido (SEM), difracción de rayos X (XRD), potencial de carga cero (pHpzc), porcentaje de hinchamiento y porcentaje de retención de agua. Mientras que para el estudio de adsorción de pH se trabajó en condiciones de 3, 4 y 5. Los análisis de caracterización mostraron que el material CS/PEI y CS/CMF/CA/PEI poseen una alta capacidad de hinchamiento y los tiempos de retención de agua fueron muy parecidos. Los patrones de rayos X revelan información importante como el índice de cristalinidad, teniendo el CS/PEI un índice muy inferior al resto de materiales. Las imágenes de SEM proporcionan información del tamaño de las microfibras en el caso del CMF, pero en CS/PEI y CS/CMF/CA/PEI se llegaron a obtener fibras en nanómetros. La espectroscopia de FTIR de los materiales adsorbentes reveló la presencia de grupos funcionales como OH, estiramientos C-H y C-N-C, vibraciones C-O-C, enlaces C=O y deformación de CH2. Por último, el estudio de adsorción de pH indicó que el material CS/PEI tiene el porcentaje máximo de adsorción del 94%, partiendo de una concentración inicial de 50 ppm a un pH de 5. Estos materiales desarrollados presentan una alternativa prometedora, sostenible y biodegradable para la remediación de aguas contaminadas con cobre, siendo un potencial para su aplicación en tratamientos de efluentes industriales.
Keywords: MICROFIBRAS DE CELULOSA; HIDROGELES COMPUESTOS; QUITOSANO; COBRE