Síntesis de perlas de quitosano funcionalizadas con polietilenimina, hierro y ferrita magnética aplicadas a la adsorción de dicianoaurato. - Villa Pinzón, Amy Nieves (Machala: Universidad Técnica de Machala, 2024)
In the present titration work, the main objective is to synthesize and characterize chitosan beads functionalized with polyethylenimine (PEI) and iron-related compounds, evaluating their capacity as an alternative for the selective adsorption of dicyanoaurate from aqueous solutions. Efficient and sustainable gold recovery is a critical challenge in the metallurgical industry. In Ecuador, the high demand for this precious metal requires the development of advanced methods for its extraction and purification. Chitosan, a biopolymer derived from chitin, is presented as a promising material due to its biocompatibility and abundance. However, to improve its adsorbent properties, it needs to be chemically modified. Chitosan beads were synthesized by incorporating PEI by its amino groups and iron compounds such as ferric chloride hexahydrate (FeCl₃-6H₂O) or manganese ferrite (MnFe2O4). The material characterization was performed the technique called Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and zero charge point (pHpzc). Several operational parameters were evaluated, including pH, initial dicyanoaurate concentration as well as contact time, to determine the optimum adsorption capacity of the developed material. The functionalized chitosan beads showed high adsorption capacity and selectivity for dicyanoaurate. Adsorption was found to be most efficient at pH 9, with significantly enhanced adsorption capacity due to PEI immobilization and incorporation of iron compounds. The adsorption data fitted optimally to the Freundlich isotherm model, indicating adsorption on heterogeneous surfaces. The mathematical model for the adsorption kinetics that adequately described the process is the pseudo-second order model, suggesting that chemical interaction is the dominant mechanism in dicyanoaurate adsorption. This study demonstrates that the functionalization of chitosan with PEI and iron compounds is an effective strategy to improve its adsorptive properties. Modified chitosan beads present great potential for applications in the recovery of gold from aqueous solutions, offering a viable alternative to conventional precious metal extraction techniques. The research also suggests that optimizing the operating conditions and scaling up the process to an industrial level could contribute significantly to the efficiency of metallurgical processes.
En el presente trabajo de titulación, el objetivo principal es sintetizar y caracterizar perlas de quitosano funcionalizadas con polietilenimina (PEI) y compuestos relacionados con el hierro, evaluando su capacidad como alternativa para la adsorción selectiva de dicianoaurato de soluciones acuosas. La recuperación eficiente y sostenible del oro es un desafío crítico en la industria metalúrgica. En Ecuador, la alta demanda de este metal precioso exige el desarrollo de métodos avanzados para su extracción y purificación. La quitina deriva en un biopolímero denominado quitosano, se presenta como un material prometedor debido a su biocompatibilidad y abundancia. Sin embargo, para mejorar sus propiedades adsorbentes, es necesario modificarlo químicamente. Se sintetizaron perlas de quitosano mediante la incorporación de PEI por sus grupos amino y compuestos de hierro como cloruro férrico hexahidratado (FeCl₃·6H₂O) o ferrita de manganeso (MnFe2O4). La caracterización del material se realizó la técnica denominada espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y punto de carga cero (pHpzc). Se evaluaron diversos parámetros operativos, incluyendo el pH, la concentración inicial de dicianoaurato así mismo el tiempo de contacto, para determinar la capacidad óptima de adsorción del material desarrollado. Las perlas de quitosano funcionalizadas mostraron una alta capacidad de adsorción y selectividad para dicianoaurato. Se encontró que la adsorción es más eficiente a pH 9, con una capacidad de adsorción significativamente mejorada gracias a la inmovilización de PEI y la incorporación de compuestos de hierro. Los datos de adsorción se ajustaron óptimamente al modelo de isoterma de Freundlich, indicando una adsorción en superficies heterogéneas. El modelo matemático para la cinética de adsorción que ha descrito adecuadamente el proceso es el de pseudo segundo orden, sugiriendo que la interacción química es el mecanismo dominante en la adsorción de dicianoaurato. Este estudio demuestra que la funcionalización de quitosano con PEI y compuestos de hierro es una estrategia efectiva para mejorar sus propiedades adsorbentes. Las perlas de quitosano modificadas presentan un gran potencial para aplicaciones en la recuperación de oro de soluciones acuosas, ofreciendo una alternativa viable a las técnicas convencionales de extracción de metales preciosos. La investigación también sugiere que optimizar las condiciones de operación y escalar el proceso a nivel industrial podrían contribuir significativamente a la eficiencia de los procesos de metalurgia.
Keywords: QUITOSANO; POLIETILENIMINA; ADSORCION; DICIANOAURATO