Efecto del tamaño de grano del carozo de Cocos nucífera (COCO) y el tiempo de contacto en el poder adsorbente

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO. RA. DO. -U. NT. ESCUELA DE POSGRADO UNIDAD DE POSGRADO EN INGENIERÍA. DE. PO SG. Efecto del tamaño de grano del carozo de Cocos nucífera (COCO) y el tiempo de contacto en el poder adsorbente. TE CA. TESIS PARA OPTAR EL GRADO DE MAESTRO EN CIEENCIAS. BL IO. MENCIÓN GESTIÓN DE RIESGOS AMBIENTALES Y SEGURIDAD EN LAS EMPRESAS. Br. Balladares Gonzales, Jimmy Roy. ASESOR:. Dr. Seijas Velasquez, Segundo. BI. AUTOR:. TRUJILLO – PERÚ 2019. N° REGISTRO: ………………... Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. JURADO DICTAMINADOR. PO SG. RA. DO. PRESIDENTE. -U. NT. ________________________________________. SECRETARIO. BI. BL IO. TE CA. DE. ________________________________________. ________________________________________. ASESOR. ii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. PRESENTACIÓN. Señores miembros del jurado: En mérito a lo dispuesto por el Reglamento de Grados y Títulos de la Escuela de Postgrado de la Universidad Nacional de Trujillo, cumplo con someter a vuestro ilustrado criterio la. NT. tesis de postgrado intitulada “Efecto del tamaño de grano del carozo de coco (cocos. -U. nucífera) y el tiempo de contacto en el poder adsorbente”, para su evaluación y dictamen. DO. respectivo, a efecto de obtener el Grado de Maestro en Gestión de Riesgos Ambientales y. RA. Seguridad en las Empresas, correspondiente a la Sección de Ingeniería.. PO SG. El presente trabajo, ha sido efectuado considerando las exigencias metodológicas de la Escuela de Postgrado, y tiene como objetivo determinar el efecto del tamaño de grano del. DE. carozo de coco (cocos nucífera) y el tiempo de contacto en el poder adsorbente.. TE CA. Mi reconocimiento y agradecimiento a Ustedes, y en su persona a todos los docentes que han contribuido con sus conocimientos y experiencias durante esta etapa de formación. BL IO. profesional.. BI. Trujillo, Octubre del 2019. Jimmy Roy Balladares Gonzales Maestrante. iii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DEDICATORIA. Al creador de todas las cosas, por su infinito amor, el que me da la fortaleza necesaria para seguir adelante aún en los momentos más difíciles y permitirme. NT. alcanzar mis metas.. -U. A mis hijos Rosita y Nikolla, que son mi. DO. motivación los grandes protagonistas de este sueño alcanzado al igual que mi esposa. RA. Margoth, por su paciencia, apoyo y amor. PO SG. infinito por la hermosa familia que. DE. formamos.. TE CA. A mis padres Catalina y Armando, por su incondicional e invalorable apoyo a lo largo de toda la vida, sus sabios consejos y. BL IO. encaminarnos hacia el cumplimiento de. BI. nuestros objetivos.. A mis hermanos Milagros, Jessica, Alex y Juan José, por su apoyo y la hermosa familia y hermandad que tenemos.. iv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. AGRADECIMIENTO. A la Universidad Nacional de Trujillo, por haber permitido desarrollar la presente tesis; asimismo, agradezco a todo el personal del laboratorio de Química de la Facultad de Ingeniería Química por su confianza y apoyo en las mediciones realizadas. Al Dr. Segundo Seijas Velásquez, por su apoyo en el aporte de sus conocimientos,. NT. orientaciones oportunas y recomendaciones a lo largo de la elaboración y revisión hasta la. -U. finalización del presente trabajo de investigación.. DO. A todos los profesores de la Escuela de Post Grado de la Universidad Nacional de Trujillo,. RA. por sus conocimientos y consejos profesionales.. PO SG. De la misma manera a todos nuestros compañeros de estudios de la Sección de Post Grado en Ingeniería y amigos que de alguna forma apoyaron.. BI. BL IO. TE CA. DE. Mi gratitud y reconocimiento por siempre.. v Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE Dedicatoria............................................................................................................................ iv Agradecimiento ..................................................................................................................... v Índice .................................................................................................................................... vi Listado de tablas ................................................................................................................... ix Listado de figuras ................................................................................................................. xi. NT. RESUMEN ......................................................................................................................... xiii. -U. ABSTRACT ...................................................................................................................... xiv. DO. I. INTRODUCCIÓN. RA. 1.1. Antecedentes................................................................................................................... 8. PO SG. 1.2. Fundamento teórico ...................................................................................................... 14 1.2.1. Contaminación de los cuerpos naturales de agua ..................................................... 14 1.2.2. Estructura y clasificación de los colorantes ............................................................... 16. DE. 1.2.3. Azul de metileno........................................................................................................ 20. TE CA. 1.2.4. Tecnologías para el tratamiento de agua ................................................................... 24 1.2.5. Tratamiento de aguas contaminadas con colorantes ................................................. 28. BL IO. 1.2.6. Procesos de adsorción................................................................................................ 31 1.2.7. Adsorbentes ............................................................................................................... 33. BI. 1.2.7.1 Carbón activado ....................................................................................................... 33 1.2.7.2 Biomasa microbiana ................................................................................................ 34 1.2.7.3 Materiales silíceos ................................................................................................... 35 1.2.7.4 Residuos agrícolas y agroindustriales ..................................................................... 35 1.2.7.4.1 Carozo de coco del Cocos Nucífera ..................................................................... 36 1.2.8. La biosorción ............................................................................................................. 37 1.2.9. Caracterización de las biomasas como biosorbentes ................................................. 39. vi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.2.9.1 Carga superficial y punto de carga cero .................................................................. 40 1.2.9.2 Sitios activos ........................................................................................................... 40 1.2.10. Factores que afectan el proceso de adsorción ......................................................... 41 1.2.10.1 Influencia de la temperatura ................................................................................. 41 1.2.10.2 Influencia del pH de la solución ........................................................................... 41 1.2.10.3 Tamaño de partícula ............................................................................................. 42. NT. 1.2.10.4 Tiempo de contacto .............................................................................................. 42. -U. 1.2.10.5 Concentración de la masa de biosorbente.............................................................. 43. DO. 1.2.10.6 Agitación .............................................................................................................. 43. RA. 1.2.11. Cinética de adsorción............................................................................................... 43. PO SG. 1.2.11.1 Modelo pseudo primer orden (Ecuación de Lagergren) ........................................ 44 1.2.11.2 Modelo pseudo segundo orden ............................................................................. 44 1.3 Justificación ................................................................................................................... 44. DE. 1.4. Problema de Investigación ........................................................................................... 45. TE CA. 1.5. Hipótesis ....................................................................................................................... 46 1.6. Objetivos....................................................................................................................... 46. BL IO. 1.6.1. Objetivo general ........................................................................................................ 46 1.6.2. Objetivos específicos ................................................................................................. 46. BI. II. MATERIALES Y MÉTODOS 2.1. Objeto de estudio .......................................................................................................... 47 2.1.1. Población ................................................................................................................... 47 2.1.2. Muestra ...................................................................................................................... 47 2.1.3. Instrumentación ........................................................................................................ 47 2.1.3.1 Reactivos ................................................................................................................ 47 2.1.3.2 Instrumentos y materiales de laboratorio ................................................................ 47. vii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.1.3.3 Equipos ................................................................................................................... 48 2.2. Métodos y Técnicas ...................................................................................................... 48 2.2.1. Diseño de contrastación. ............................................................................................ 49 2.2.2. Procedimiento ............................................................................................................ 51 2.2.2.1 Preparación del material adsorbente ....................................................................... 52 2.2.2.2 Caracterización del biosorbente .............................................................................. 52. NT. 2.2.2.2.1 Determinación del Punto de carga cero ............................................................... 52. -U. 2.2.2.2.2 Determinación de los sitios ácidos y sitios básicos ............................................. 53. DO. 2.2.2.3 Preparación de la solución colorante azul de metileno y determinación de la curva de. RA. calibración .......................................................................................................................... 54. PO SG. 2.2.2.4 Evaluación del poder adsorbente mediante la decoloración de azul de metileno .. 55 2.2.2.5 Análisis químico final ............................................................................................. 55 2.2.2.6 Estudio cinético de la biosorción del azul e metileno ............................................ 57. DE. 2.2.2.6.1 Modelo de pseudo primer orden (Ecuación de Lagergren) ................................. 57. TE CA. 2.2.2.6.2 Modelo de pseudo segundo orden ....................................................................... 58 2.2.2.7 Análisis de resultados obtenidos ............................................................................. 58. BL IO. 2.2.2.8 Análisis estadístico ................................................................................................. 58 III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. BI. 3.1. Caracterización del carozo de Coco Nucífera ............................................................... 59 3.1.1 Punto de carga cero .................................................................................................... 59 3.1.2 Determinación de los sitios ácidos y básicos ............................................................. 60 3.2. Determinación de la curva de calibración ................................................................... 62 3.3. Evaluación de la adsorción de azul de metileno por el carozo de coco ....................... 63 3.4. Estudio cinético de la biosorción del azul de metileno ............................................... 70. viii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 4.1. Conclusiones................................................................................................................. 74 4.2. Recomendaciones ......................................................................................................... 75 V. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................ 76 APÉNDICE. NT. APÉNDICE I: ANÁLISIS ESTADÍSTICO ........................................................................ 85. -U. APÉNDICE II: CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIÓN DEL AZUL DE. DO. METILENO...........................................................................................................................................................93. RA. APÉNDICE III: CINÉTICA DE ADSORCIÓN............................................................................................95. PO SG. APÉNDICE IV: CALCULO DE LA VELOCIDAD DE ADSORCIÓN ...............................................97 APÉNDICE V: DETERMINACIÓN E LA CARGA SUPERFICIAL. PUNTO DE CARGA CERO DEL CAROZO DE COCO ...............................................................................................................................99. DE. APÉNDICE VI: DETERMINACIÓN DE LOS SITIOS ÁCIDOS Y LOS SITIOS BÁSICOS DE LA. TE CA. BIOMASA CAROZO DE COCO................................................................................................................. 101 ANEXOS. BL IO. ANEXO I: TABLA ESTADÍSTICA ........................................................................................................ 107 ANEXO II: REGISTRO FOTOGRÁFICO ................................................................................................. 109. BI. ANEXO III: REPORTE DE ANÁLISIS QUÍMICO DEL CONTENIDO DE LA CONCENTRACIÓN FINAL DE AZUL DE METILENO..................................................................... 115 LISTADO DE TABLAS Tabla 1.1. Clasificación de los colorantes de acuerdo al grupo cromófero ......................... 18 Tabla 1.2. Principales datos de la molécula azul de metileno ............................................ 22 Tabla 1.3. Procesos realizados en el tratamiento terciario de aguas residuales................... 28 Tabla 1.4. Métodos físico-químicos para remoción de colorantes en aguas residuales ...... 30. ix Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla 1.5. Métodos biológicos para la remoción de colorantes en aguas residuales ......... 31 Tabla 2.1. Niveles de las variables de estudio ..................................................................... 49 Tabla 2.2. Matriz de diseño experimental para los niveles de las variables de estudio en el % de reducción de azul de metileno en solución acuosa, mediante el método de adsorción .. 50 Tabla 3.1 Determinación de sitios ácidos y básicos totales en el carozo de coco...................................................................................................................................... 60. NT. Tabla 3.2 Determinación de la absorbancia a diferentes concentraciones de azul de. -U. metileno. .............................................................................................................................. 62. DO. Tabla 3.3. Concentración final de azul de metileno en la solución después de la adsorción. RA. con el carozo de Coco Nucífera. .......................................................................................... 63. PO SG. Tabla 3.4. Valores promedio del porcentaje de reducción de azul de metileno en solución acuosa mediante el método de adsorción. ........................................................................... 64 Tabla 3.5. Valores promedio de la capacidad de adsorción de azul de metileno ................ 67. DE. Tabla 3.6 Variación de las velocidades de adsorción de azul de metileno .......................... 72. TE CA. Tabla AI.1. Tabla de varianza para el análisis estadístico ................................................... 86 Tabla AI.2. Concentración residual y valores promedio de azul de metileno..............................................88. BL IO. Tabla AI.3. Porcentaje de adsorción y valores promedios de azul de metileno .................. 89 Tabla AI.4. Análisis estadístico .......................................................................................... 91. BI. Tabla AI.5. Capacidad de adsorción y valores promedio de concentración de azul de metileno en el carozo de coco ............................................................................................. 94 Tabla AI.6. Cinética de adsorción del sistema en estudio aplicando modelos cinéticos de pseudo primer orden y pseudo segundo orden ................................................................... 96 Tabla AI.7. pH inicial y pH final para determinar el Punto de carga cero ....................... 100 Tabla AI.8. Valoración de las muestras de carozo de coco en medio ácido con NaOH 0,1N ........................................................................................................................................... 102. x Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla AI.9. Determinación de los sitios básicos del carozo de coco ................................ 103 Tabla AI.10. Valoración de las muestras de carozo de coco en medio básico con HCl 0,1N ................................................................................................................................... 104 Tabla AI11. Determinación de los sitios ácidos del carozo de coco ................................ 105. ANEXO I: TABLA ESTADÍSTICA. NT. ANEXOS. DO. LISTADO DE FIGURAS. -U. Tabla A.1. Puntos porcentuales de la distribución F0.05, V1, V2 ............................................ 108. RA. Figura 1.1. Clasificación de los colorantes .......................................................................... 20. PO SG. Figura 1.2. Estructura del azul de metileno ......................................................................... 21 Figura 1.3. Tipos de tratamiento y etapas del tratamiento para aguas residuales................ 25 Figura 1.4. Tipos de tratamientos para aguas residuales contaminadas con colorantes ...... 29. DE. Figura 1.5. Estructura del coco ............................................................................................ 37. TE CA. Figura 1.6. Mecanismos de biosorción ................................................................................ 38 Figura 1.7. Diagrama esquemático del problema de investigación ..................................... 45. BL IO. Figura 2.1. Secuencia experimental a seguir para el proceso de adsorción......................... 51 Figura 3.1. Punto de carga cero del carozo de Coco Nucífera ............................................ 59. BI. Figura 3.2. Determinación de los sitios ácidos del carozo de Coco Nucífera ..................... 61 Figura 3.3. Determinación de los sitios básicos del carozo de Coco Nucífera................... 61 Figura 3.4. Curva de calibración del azul de metileno ....................................................... 62 Figura 3.5. Concentración final de azul de metileno en solución acuosa después del proceso de adsorción. ........................................................................................................................ 64 Figura 3.6. Porcentaje de reducción de azul de metileno en solución acuosa después del proceso de adsorción ........................................................................................................... 65. xi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Figura 3.7. Capacidad de adsorción de azul de metileno por el carozo de coco después del proceso de adsorción ........................................................................................................... 68 Figura 3.8. Interacción entre las moléculas del colorante azul de metileno y la superficie del adsorbente ........................................................................................................................... 69 Figura 3.9. Ajuste del proceso de bioadsorción de azul de metileno con carozo de coco al modelo de pseudo primer orden .......................................................................................... 71. NT. Figura 3.10. Ajuste del proceso de bioadsorción de azul de metileno con carozo de coco al. -U. modelo de pseudo segundo orden ........................................................................................ 71. DO. Figura 3.11. Variación de las velocidades de adsorción de azul de metileno en solución. RA. acuosa, a diferentes tamaños de grano y tiempo de contacto. ............................................ 73. PO SG. ANEXOS. ANEXO II: REGISTRO FOTOGRÁFICO Figura A.1. Muestras de carozo de coco secadas al sol. ............................................................................... 110. DE. Figura A.2. Equipo tamizador Ro - tap. ............................................................................ 110. TE CA. Figura A.3. Determinación de la masa de las diferentes muestras de carozo de coco ...... 111 Figura A. 4. Muestras de carozo de coco para determinar el punto de carga cero y los sitios ácidos y. BL IO. básicos. .................................................................................................................................................................111 Figura A.5. Solución patrón de azul de metileno a la concentración inicial de trabajo............................ 112. BI. Figura A.6. Agitador magnético con vaso de precipitación conteniendo solución con concentración inicial de azul de metileno.......................................................................... 112 Figura A.7. Adición de la muestra de carozo de coco tamizada en la solución de concentración inicial ......................................................................................................... 113 Figura A.8. Desarrollo del proceso de adsorción aplicando sistema discontinuo. o batch ..................... 113 Figura A9. Soluciones de azul de metileno después de ser tratadas y sometidas a las variables de estudio, listas para ser analizadas por espectrofotometría. .......................................................................................... 114. xii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. RESUMEN En el presente trabajo de investigación, se tiene como objetivo principal, evaluar el efecto del tamaño de grano del carozo de coco (Cocos Nucífera) y el tiempo de contacto, en el poder adsorbente, que permitan reducir las concentraciones del colorante azul de metileno en soluciones acuosas, mediante el método de adsorción; se utilizó la cáscara del fruto de la. NT. planta Cocos Nucífera, como biomasa orgánica (biosorbente) y material de desecho. Se inició el estudio con el secado al sol del carozo de coco, continuando con las operaciones. -U. de cortado, molienda y tamizado, y luego las partículas obtenidas que no tiene tratamiento. DO. previo, es decir se utilizó de forma natural, son depositadas en el equipo de biosorción en. RA. dosis fijas de biomasa de 10 g/L. La remoción del colorante se realizó mediante sistemas. PO SG. experimentales en discontinuo (sistemas experimentales tipo batch), que contenían 50 mL de solución de azul de metileno, con una concentración inicial de 500 mg.L-1, pH ajustado a. DE. 5 unidades, agitación continua de 125 rpm y a temperatura ambiente; se evaluó el tamaño de grano entre 0,150 mm y 0,425 mm, así como el tiempo de contacto del carozo de coco con. TE CA. la solución de azul de metileno en los tiempos de 15 min, 30 min, 45 min y 60 min. Luego la solución tratada se filtró y se determinó la remoción de colorante empleando método. BL IO. espectrofotométrico. La concentración de azul de metileno en el carozo de coco se calculó mediante un balance de materia. Los resultados obtenidos mostraron porcentajes de. BI. remoción superior a 90%, ellos se validaron con un análisis de varianza (ANOVA) desarrollado mediante el software EXCEL, para un nivel de confianza de 95%. Palabras clave: Adsorción, azul de metileno, tamaño de grano, tiempo de contacto.. xiii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ABSTRACT In the present research paper, the main objective is to evaluate the effect of the grain size of the coconut carob (Cocos Nucífera) and the contact time, on the adsorbent power, to reduce the concentrations of the methylene blue dye in aqueous solutions, using the adsorption method; the shell of the fruit of the Cocos Nucífera plant was used, as organic biomass. NT. (biosorbent) and waste material.. -U. The study began with the drying of the coconut carob in the sun, continuing with the operations of cutting, grinding and sieving, and then the particles obtained that have no. DO. previous treatment, that is to say it was used naturally, are deposited in the equipment of. RA. biosorption in fixed doses of biomass of 10 g/L. The dye was removed using discontinuous. PO SG. experimental systems (experimental batch systems), containing 50 mL of methylene blue solution, with an initial concentration of 500 mg.L-1, pH adjusted to 5 units, continuous. DE. agitation of 125 rpm and at room temperature; the grain size between 0,150 mm and 0.425 mm was evaluated, as well as the contact time of the coconut stone with the methylene blue. TE CA. solution in the times of 15 min, 30 min, 45 min and 60 min. Then the treated solution was filtered and dye removal was determined using spectrophotometric method. The. BL IO. concentration of methylene blue in the coconut kernel was calculated by means of a material balance. The results obtained showed removal percentages greater than 90%, they were. BI. validated with an analysis of variance (ANOVA) developed using EXCEL software, for a 95% confidence level. Keywords: Adsorption, methylene blue, grain size, contact time.. xiv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. I.. INTRODUCCIÓN. El agua es fuente de vida y energía, sin embargo, millones de personas en todo el mundo están sufriendo por la escasez de agua potable. Se reconoce que entre el 70 y 80 % de las enfermedades en los países en desarrollo están relacionadas con la contaminación del agua,. NT. siendo especialmente sensibles mujeres y niños. El vertido de contaminantes en aguas. -U. residuales puede ser tóxicos para la vida acuática y por tanto lograr que las aguas naturales. DO. ya no sean aptas como fuentes de agua potable (Bhatnagar y Sillanpää, 2010).. RA. El rápido ritmo de la industrialización, la expansión de la población y la urbanización no. PO SG. planificada han contribuido en gran medida a la severa contaminación del agua y los suelos. DE. circundantes a los asentamientos poblacionales (Bhatnagar y Sillanpä, 2010).. El resultado del desarrollo industrial y el progreso tecnológico ha originado diversas formas. TE CA. de contaminación, las cuales alteran el equilibrio en la naturaleza. La vía más común para desechar contaminantes es por medio del agua, la cual constituye una fuente fundamental. BL IO. para la vida. Las aguas que contienen contaminantes son conocidas como aguas residuales,. BI. sin embargo, estas pueden alterar el equilibrio del medio si no son tratadas adecuadamente antes de ser vertidas. (Ravi, 2005).. La contaminación ambiental es una realidad delicada y compleja que es importante abordarla para informar a la sociedad cuál es el desequilibrio ambiental en el que nos encontramos. La contaminación del agua se debe a la incorporación de materias extrañas como microorganismos, productos químicos, residuos industriales, cloacales, y residuos arrojados por particulares. Éstas materias y subproductos deterioran la calidad del agua haciéndola no 1 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. útil para los usos pretendidos (consumo, higiene, riego, entre otros), perjudicando y siendo causantes de males y enfermedades para la salud humana. La contaminación del agua puede afectar de dos formas al ser humano, por consumo directo del agua o por consumo indirecto a través de productos y/o servicios ya contaminados. (Vílchez, Gil, Toscano, Macías, 2009).. La industria consume entre 5 a 20% del agua disponible, y a su vez genera una significativa. NT. parte de la contaminación de las aguas (WWAP Programa Mundial de Evaluación de los. -U. Recursos Hídricos, 2009). La presión social y medioambiental dio lugar a un creciente. DO. movimiento que instó a la industria a reducir la cantidad de aguas residuales que produce y. RA. a tratarla antes de su eliminación. Esto ha convertido a las aguas residuales en un potencial. PO SG. recurso y a su uso o reciclaje, después de un tratamiento adecuado, en una posibilidad de beneficiar a la industria financiera y económicamente (WWAP-Programa Mundial de. DE. Evaluación de los Recursos Hídricos de las Naciones Unidas, 2017).. TE CA. En el Perú uno de los principales problemas ambientales es la contaminación de las fuentes de agua natural, pero la magnitud real del volumen de las aguas residuales que las industrias. BL IO. formales e informales producen no es conocida con exactitud y a escala mundial los datos e información que se tienen son escasos. A nivel mundial, una estimación sugiere que los. BI. volúmenes de aguas residuales industriales se duplicarán para el 2025. Se prevé que para ese año un total de 1800 millones de personas vivirán en países o regiones aquejadas por escasez de agua (Brañez, et al, 2018).. La Autoridad Nacional del Agua (ANA), en una aproximación de la situación de los recursos hídricos, recopiló información de calidad de los recursos hídricos durante los años 20002012, cuyos resultados determinan que los parámetros coliformes termotolerantes, arsénico,. 2 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. plomo y cadmio, asociados a las descargas de aguas residuales poblacionales, pasivos ambientales mineros, minería informal (donde corresponden) y características naturales por la geología muestran niveles de afectación a la calidad de los recursos hídricos con fines de riego (en las tres vertientes) y para fines poblacionales (vertientes del Pacífico y Amazonas). Asimismo como resultado de los monitoreos realizados hasta el año 2014, la ANA ha identificado 41 unidades hidrográficas cuyos parámetros exceden los ECA-Agua-2008; se. NT. evidencia que la principal causa de afectación de los cuerpos de agua del país es el. -U. vertimiento de aguas residuales domésticas y municipales, que modifican o alteran la calidad. DO. del agua con bacterias fecales, materia orgánica, amoniaco, nitritos y otros parámetros que. PO SG. del ambiente acuático, entre otros. (ANA, 2016). RA. no permiten su utilización para los usos agrícola, producción de agua potable y conservación. Ante esta situación, el Ministerio del Ambiente establece Estándares Nacionales de Calidad. DE. Ambiental para Agua y disposiciones complementarias para su aplicación (Decreto Supremo. TE CA. N° 015-2015-MINAM), decreta las precisiones de las categorías de los Estándares Nacionales de Calidad Ambiental (ECA) para agua, correspondiendo la Categoría 1 para uso. BL IO. poblacional y recreacional, la Categoría 2 para actividades de extracción y cultivo marino costeras y continentales, la Categoría 3 para riego de vegetales y bebida de animales, la. BI. Categoría 4 a la conservación del ambiente acuático. Diario El Peruano (2015). En la región la Libertad se desarrollan diversas actividades socioeconómicas; tales como la agricultura, comercio, minería, industria y otras, estando dentro del rubro industrial las curtiembres, curtiduría o tenería que es el lugar donde se realiza el curtido, proceso que convierte las pieles de los animales en cuero. Un estudio realizado por el Ministerio de Salud determinó que La Libertad se encuentra entre los departamentos con mayor índice de. 3 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. contaminación de agua destinada al consumo humano; en dicho estudio realizado en varias localidades de Trujillo, se descubrió que como resultado de la contaminación del agua proveniente de las actividades industriales y mineras, el 23,5 por ciento de la población analizada tenía niveles de cadmio en la sangre que excedían los estándares internacionales (DIGESA 2001).. NT. La Comunidad Científica Internacional reconoce que la situación de los residuales líquidos. -U. es un problema global que requiere una atención urgente. La contaminación por colorantes. DO. es uno de ellos por lo que adquiere gran importancia la toma de conciencia y la búsqueda de. RA. alternativas para su tratamiento para minimizar este efecto. Los colorantes son utilizados en. PO SG. industrias textiles, farmacéuticas, de alimentos, entre otras para dar color a sus productos finales, aunque una gran proporción de los que se vierten no es toxica para los organismos vivos, trae efectos desfavorables debido a que la fuerte coloración presente en los cuerpos. DE. de descarga puede llegar a suprimir los procesos fotosintéticos. La presencia de colorantes. TE CA. en efluentes es motivo de preocupación debido a sus efectos adversos en muchas formas de vida. Se estima que existen más de 100,000 colorantes disponibles en el mercado con una. BL IO. elevada producción anual (Ravi, 2005). Por lo tanto, es un tema de gran interés a nivel local, nacional y hasta mundial desarrollar. BI. una serie de estrategias de manejo sustentable del agua, como realizar tratamientos a los efluentes líquidos. Por ello se está experimentando tratamientos para disminuir o controlar la contaminación de nuestro recurso hídrico y garantizar su disponibilidad para los diferentes usos. Estos tratamientos deben ser adecuados para el propósito, tener una alta eficiencia, bajos costos y adicionalmente traer ventajas ambientales. Por consiguiente, es importante desarrollar técnicas innovadoras que entren a competir técnica, económica y ambientalmente con las tecnologías tradicionales. Dentro de las tecnologías tradicionales se encuentran. 4 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. procesos biológicos y procesos fisicoquímicos. Los procesos físico-químicos más comunes para la descontaminación del agua son: filtración, intercambio iónico, precipitación, oxidación, adsorción, entre otros.. La adsorción es una de las mejores técnicas y una de las más empleadas para la remoción de contaminantes orgánicos e inorgánicos del agua. La recuperación de sustancias tóxicas. NT. costosas de aguas residuales es una ventaja adicional del procedimiento de adsorción. Con. -U. la selección de un adecuado adsorbente, el proceso de adsorción puede ser una técnica. RA. DO. prometedora para la eliminación de contaminantes (Doğan et al., 2008).. PO SG. La adsorción es generalmente considerada como una técnica eficaz para el tratamiento de aguas residuales que contienen colorantes. En los últimos años han proliferado los estudios sobre el empleo de algas y residuos agrícolas como materiales biosorbentes debido a que se. DE. producen en grandes cantidades, tienen un bajo costo y presentan buena capacidad de. TE CA. adsorción. Algunos de los residuos empleados de forma natural o modificada son cascara de naranja, de arroz, hueso de aceituna, borra de café. Las características de adsorción de una. BL IO. amplia variedad de materiales adsorbentes inorgánicos y orgánicos se han analizado y se ha. BI. evaluado su capacidad para eliminar colorantes sintéticos (Forgacs et al., 2004).. En los últimos años ha surgido un proceso alternativo a los antes mencionados, que es la biosorción, la cual ha surgido como solución tentativa ante la contaminación latente por metales pesados. La biosorción puede ser definida como la remoción de sustancias (orgánicas e inorgánicas) de una solución acuosa mediante el empleo de materiales biológicos tales como biomasa, materia animal, subproductos agrícolas, forestales, crustáceos y/o desechos (García-Reyes y Rangel-Méndez, 2009; Laszlo, 1994).. 5 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. El término biosorción describe el fenómeno de captación pasiva, de sustancias contaminantes, basado en la propiedad que ciertos tipos de biomasas inactivas o muertas poseen para enlazar y acumular diferentes tipos de contaminantes se puede utilizar para describir cualquier sistema donde el adsorbato (por ejemplo, iones y/o moléculas) interactúa con un biosorbente resultando en una acumulación en la interfase soluto-biosorbente, y la consecuente reducción de la concentración del adsorbato en solución (García-Reyes y. -U. NT. Rangel-Méndez, 2009).. DO. El término biomasa se puede referir a la madera, cultivos, residuos agrícolas, especies. RA. herbáceas, residuos de madera, bagazo, residuos industriales, residuos de papel, residuos. PO SG. sólidos municipales, aserrín, biosólidos, pastos, residuos de procesamiento de alimentos, plantas acuáticas, residuos de las algas, y una gran cantidad de otros materiales. Es un término muy simple para todos los materiales orgánicos que se obtienen a partir de plantas,. DE. árboles, cultivos y algas. La biosorción es causada por distintos mecanismos físico-químicos. TE CA. (Volesky, 2000).. BL IO. Siendo la agricultura una de las principales actividades económicas en el país, esto se presenta como una alternativa que permitiría reducir los impactos ambientales, dar mayor. BI. valor agregado a las materias primas y generar materiales que permitan el tratamiento de agua en áreas rurales y urbanas (Navarro, 2016). En los últimos años algunos subproductos agrícolas desechados han demostrado ser efectivos en la eliminación de colorantes básicos de efluentes industriales. Los subproductos agrícolas están disponibles en grandes cantidades y constituyen una de las fuentes de recursos más renovables a nivel mundial (Demirbas, 2008a).. 6 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Se han empleado para estos fines residuos agrícolas tales como desperdicios de algodón, cáscara de la nuez, cáscara de arroz, núcleo del aguacate, cáscara del plátano, cáscara de la cebada, cáscara de naranja, bagazo de la caña de azúcar, residuos de maíz, residuos de oliva, almendras, entre otros. (Marungrueng y Pavasant, 2007). Estos materiales de desechos agrícolas se han utilizado en su forma natural o bien, después. NT. de alguna modificación física o química. La utilización de subproductos industriales para el. -U. tratamiento de aguas residuales de otra industria podría ser útil no sólo para el medio. DO. ambiente, al resolver el problema que representa la eliminación de un determinado residuo. PO SG. RA. sólido, sino también a nivel económico (Delval et al., 2006).. Según García-Reyes y Rangel-Méndez (2009), indican que la mayor desventaja de los adsorbentes lignocelulósicos son su degradabilidad, y que su uso en columnas de sorción es. DE. limitado debido a que las características de las partículas introducen limitaciones. TE CA. hidrodinámicas y ensucian u obstruyen las columnas. Asimismo, Pakshirajan, et. al. (2013), concluyeron que la distribución de tamaños del bioadsorbente es muy importante, ya que. BL IO. está estrechamente ligada a la superficie de contacto, como a la densidad del material. Desde el punto de vista del análisis granulométrico interesa un material que tenga la mayor parte. BI. de sus partículas de un tamaño pequeño. Sin embargo, si se trabaja en continuo hay que tener en cuenta que un tamaño excesivamente pequeño puede llegar a obstruir la columna.. Existen diferentes métodos para determinar las propiedades adsorbentes, entre ellos se encuentran la determinación del área superficial, de la porosidad y los ensayos de adsorción, como el índice de azul de metileno, la adsorción de yodo y la adsorción de fenol, entre otras. El índice de azul de metileno (Figura 1.2) es un ensayo de decoloración que indica la. 7 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. capacidad de un sólido poroso de adsorber una molécula que, por su tamaño, no puede acceder a todos los microporos. Su tamaño molecular es aproximadamente de 0.84 nm. El valor de azul de metileno cuyo nombre químico es: 3,7-bis (dimetilamino)-Cloruro de fenazationio o Cloruro de tetrametiltionina, se define como gramos adsorbidos de una disolución estándar de azul de metileno que es decolorada por 100 g de material adsorbente.. NT. (Giraldo et al.,2008). -U. Por lo tanto, en el presente trabajo de investigación con la finalidad de analizar el mejor. DO. desempeño del material bioadsorbente carozo de coco (cocos nucífera), se plantea. RA. implementar una técnica de adsorción de soluciones coloreadas (índice de azul de metileno). PO SG. en batch, que permitirá disminuir contaminantes de los efluentes líquidos, en este caso la remoción del colorante azul de metileno, el cuál sería de bajo costo y que no produciría lodos. Antecedentes. TE CA. 1.1.. DE. tóxicos de difícil manejo.. BL IO. Según Rosas, J. (2012), en su investigación titulada “Aplicación de residuos agrícolas para el tratamiento de agua contaminada con colorantes”, el objetivo del estudio es evaluar la. BI. posibilidad de utilizar residuos agroindustriales (pericarpio de maíz (PZM), bagazo de Agave tequilana (GAT) y alfalfa (RMS)) como biosorbentes de bajo costo para remover azul de metileno presente en soluciones acuosas. Para tal propósito, se caracterizaron física y químicamente los biosorbentes seleccionados y se realizaron experimentos de adsorción en lote. PZM, RMS y GAT, materiales no tóxicos, biodegradables de bajo costo, disponibles en la región, pueden ser considerados adsorbentes prometedores para la remoción de colorantes catiónicos del agua debido a que presentan capacidades de adsorción considerables (110.9, 238.2 y 156.2 mg g-1 respectivamente), presentan velocidades de adsorción (348.97, 126.93 y 275.98 mg g-1min-. 8 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1. para RMS, PZM y GAT respectivamente) mayores a las que muestra el carbón activado. comercial (2.43 mg g-1min-1).. Según Romina, C. (2011), en su tesis titulada “Remoción de azul de metileno en agua empleando bagazo de Agave Salmiana como biosorbente”, los datos experimentales se determinaron en reactores de lote con una relación masa volumen de 0.1 g/40 ml y se estudió el. NT. efecto del pH y temperatura de la solución en la capacidad de adsorción. Los valores de pH y. -U. temperatura se mantuvieron constantes en un intervalo de 5 a 10 y 25 a 35 °C, respectivamente.. DO. El bagazo se lavó con HCl 0.1 N. La cantidad adsorbida se calculó a través de un balance de masa y la concentración del AM se determinó mediante espectrofotometría UV-Visible a una. RA. longitud de onda de 664 nm. Los resultados obtenidos a valores de pH menores (5 a 9) muestran. PO SG. una reducción en la capacidad de adsorción. Los resultados obtenidos a diferentes temperaturas no muestran un efecto importante en la capacidad de adsorción. Con la finalidad de comparar la. DE. capacidad de adsorción del BA con otros materiales lignocelulósicos se emplearon sorgo y avena (pH 7 y 25 ºC). Además, se determinó la capacidad de adsorción del AM empleando telas de. TE CA. carbón activado (TCA) y carbón activado granular (CAG) F-400, a los fines de realizar comparaciones con adsorbentes comerciales (pH 7 y 25 ºC). Si bien la adsorción a pH 7 y 25 ºC. BL IO. con TCA y CAG fue mucho mayor, el empleo de este residuo agroindustrial abundante, ampliamente disponible y económico, se presenta como una alternativa prometedora para tratar. BI. aguas residuales coloreadas.. Según Vargas, M. et al. (2009), en la investigación denominada “Evaluación del proceso de biosorción con cáscaras de naranja para la eliminación del colorante comercial Lanasol Navy CE en aguas residuales de la industria textil”, manifiesta que actualmente se han desarrollado bioprocesos, como la biosorción, como una alternativa económica para este tipo de residuales. En este trabajo se utilizaron cáscaras de naranja como medio de biosorción en el. 9 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. tratamiento de aguas residuales de la industria textil. Las cáscaras de naranja fueron secadas, trituradas y tamizadas. Se evaluó el impacto de diferentes tamaños de partícula, tiempos de contacto y concentración de material biosorbente (cáscara de naranja). La mayor remoción de colorante se obtuvo con partículas de 1mm de diámetro y durante los primeros 60 min de contacto. Se observó también que la relación entre las cantidades de biosorbente y de la. NT. concentración de colorante removido fue de comportamiento lineal.. -U. Según Coca (2016) en su tesis titulada “Remoción de azul de metileno en medio acuoso. DO. utilizando residuos agrícolas de sorgo (RAS)”, ha evaluado la factibilidad de empleo de residuos agrícolas de sorgo (RAS) en la remoción de colorante azul de metileno. Los estudios. RA. en discontinuo (recipiente con agitación) se realizaron para determinar los parámetros. PO SG. óptimos de operación, las variables con más influencia en el proceso, el análisis de la influencia de cada variable y la determinación de parámetros cinéticos y termodinámicos. DE. utilizando para ello diseños estadísticos factoriales completos del tipo 33. Con la realización. TE CA. de este estudio se ha demostrado la alta capacidad de adsorción del biosorbente, en la eliminación de colorante azul de metileno. También se evaluó de forma preliminar con aguas. BL IO. residuales textiles, donde se corrobora la efectividad del biosorbente como tratamiento. BI. secundario al obtenerse un residual al que se le elimina más del 90 % de su color inicial.. Tejada, C. et al. (2015), en su investigación denominada “Adsorción de metales pesados en aguas residuales usando materiales de origen biológico”, evaluaron las generalidades de la adsorción como proceso alternativo para la remoción de contaminantes en solución y las biomasas comúnmente usadas en estos procesos, además de algunas de las modificaciones realizadas para la mejora de la eficiencia de adsorción de las mismas. Se concluye que el uso de la adsorción en la remoción de contaminantes en solución acuosa mediante el uso de biomasa residual es aplicable a estos procesos de descontaminación evitando problemas 10 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. subsecuentes como la generación de lodos químicos, y generando un uso alternativo a materiales considerados como desechos. Se identifica además que factores como el pH de la solución, tamaño de partícula, temperatura y la concentración del metal influyen en el proceso.. Contreras et al. (2013), en su trabajo de investigación titulada “Remoción de azul de metileno. NT. en medio acuoso mediante el uso de bagazo de caña de azúcar y rastrojo de maíz modificados. -U. con iones SO4 -2 y PO4 -3”, evaluaron la modificación química del bagazo de caña de azúcar. DO. (B.C.) y el rastrojo de maíz (R.M.) mediante el uso de H2SO4, HCl y H3PO4. Estos materiales. RA. fueron probados en la remoción de azul de metileno en un medio acuoso, a una concentración. PO SG. de 10 ppm en un reactor batch con agitación continua y 1 g/L de material absorbente. Se tomaron muestras cada 10 minutos durante 1 hora y se midió su absorbancia en un espectrofotómetro UV-Vis Cary 50 Varian a 665 nm. En los resultados se observa que el. DE. R.M. y el B.C. son absorbentes utilizándolos con H3PO4 al 80 %, ya que remueven un 98.6. TE CA. % en comparación con materiales sin modificar que tienen un 92 %. Los materiales. BL IO. modificados poseen una absorción de 98.6 % comparado con 60.8 % del carbón activado.. Según Rojas et al. (2016), en su trabajo de investigación denominado “Obtención y. BI. caracterización de carbón activado obtenido de lodos de plantas de tratamiento de agua residual de una industria avícola”, evaluaron la capacidad de adsorción en carbones activados, obtenidos de lodos provenientes de un matadero de aves de la localidad. El precursor se activó con H3PO4 a 10, 20, 30 y 35% en una relación 1:1. Se pirolizó a 450°C por 2 h, en atmósfera N2 a un flujo de 50 mL/min, obteniendo los carbones C10, C20, C30 y C35. Se utilizó el DARCOG60 como carbón activado referencial. Se evaluó la capacidad adsortiva de los carbones activados obtenidos, utilizando la técnica del índice de azul de metileno (AM). El mejor adsorbente se caracterizó en función al contenido de humedad, cenizas, densidad aparente y pH.. 11 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Se determinó su composición elemental (CHNO), espectrofotometría infrarroja FTIR y microscopía electrónica de barrido SEM. El C35 obtuvo mayor adsorción de colorante (88.44% de remoción y 43.48 mg de AM/g de C35). El DARG60 presentó 86.43% de remoción del AM.. Según Albis et al (2018), en su trabajo de investigación titulada “Adsorción de azul de metileno utilizando cáscara de yuca (Manihot esculenta) modificada químicamente con. NT. ácido oxálico”, evaluó el potencial de la cáscara de yuca (Manihot esculenta) modificada. -U. con ácido oxálico para remover azul de metileno de soluciones acuosas. Se determinaron las. DO. mejores condiciones de temperatura (40-60 °C), tiempo (1-3 h) y relación másica ácido. RA. oxálico/biomasa (1,5-2) para la modificación. Las condiciones de temperatura (40-60 °C), tiempo (1-3 h) y relación másica ácido oxálico/biomasa 1,5/2 en estos rangos no presentó. PO SG. afectación significativa en la capacidad de adsorción de azul de metileno según el análisis estadístico. Porcentajes de remoción de hasta 99,48 % fueron obtenidos para todas las. DE. condiciones de trabajo. La máxima capacidad de adsorción de azul de metileno con cáscara. TE CA. de yuca fue de 24,88 mg/g, modificada a 50°C por dos horas con 1,75 relación ácido oxálico/biomasa. Comparado con la cáscara de yuca, la capacidad de adsorción con la. BL IO. modificación aumentó en un 5 %. El proceso de adsorción resultó mejor ajustado al modelo de isotermas de Freundlich y al modelo cinético de pseudo segundo orden. La adsorción de. BI. hasta un 95% de azul de metileno se alcanzó en tan solo 15 minutos para concentraciones de 125 mg/L de colorante. La energía de activación del proceso de adsorción fue de 23,093 kJ/mol. El proceso de adsorción de azul de metileno con cáscara de yuca modificada puede describirse bien como un sistema de superficie heterogénea que implica fuertes interacciones químicas entre los grupos funcionales (principalmente enlaces carboxílicos) de la cáscara de yuca y el colorante.. 12 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Moreno, A. et al. (2012), en su investigación denominada “Adsorción de azul de metileno sobre cascarilla de arroz”, propusieron como objetivo encontrar las condiciones que permitan una remoción eficiente del colorante azul de metileno sobre cascarilla de arroz mediante el diseño estadístico de experimentos, y analizar composicional y estructuralmente el material adsorbente. Las mejores condiciones del proceso de adsorción se determinaron bajo sistema discontinuo, evaluando un intervalo de las variables: valor de pH, dosificación. NT. de adsorbente, concentración de colorante y tiempo de contacto. La temperatura, la agitación. -U. y el tamaño de partícula se mantuvieron constantes. El contenido del colorante se cuantificó. DO. por medio de espectrofotometría Ultravioleta-Visible. Se obtuvo una remoción máxima del. RA. 99%, a pH= 9.0, dosificación de 3.5 mgL-1, concentración de 10 mgL-1 y tiempo de contacto. PO SG. de 163 min, con buen ajuste a los modelos estadísticos (R2 = 0.92) y con ausencia de sesgo en su medición.. DE. Puentes, D. (2010), en su trabajo de investigación titulada “Determinación de parámetros de. TE CA. un modelo axial y en estado transitorio de la biosorción de azul de metileno mediante biomasa de Saccharomyces cerevisiae inmovilizada en alginato de calcio en columna. BL IO. empacada”, plantea la biosorción de azul de metileno por Saccharomyces cerevisiae inmovilizada en una matriz de alginato de calcio. Se desarrolló un diseño factorial 23 para. BI. determinar el mejor tratamiento variando condiciones de pH, concentración de colorante y tamaño de pellet. Se demostró que la biomasa S. cerevisiae inmovilizada en alginato de calcio remueve eficazmente azul de metileno (91.5%), siendo este un material de bajo costo. Estas cualidades hacen posible la futura aplicación en aguas residuales provenientes de la industria textil, del papel, tintas, etc. Las condiciones de uso de este material, abarca un rango de pH, desde 5 hasta 8 sin alterar la eficiencia de porciento de remoción, siendo una cualidad que no todos los adsorbentes tienen. Se observó que la mayor parte de la remoción se lleva a cabo dentro de los 30 primeros minutos, sin embargo, el equilibrio se alcanza hasta llegar a los 120 minutos.. 13 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.2. Fundamento Teórico Este capítulo pone en consideración los fundamentos científicos necesarios empleados como base para el desarrollo de este estudio, los mismos que han sido extraídos de libros, investigaciones afines, revistas científicas y publicaciones en internet. De tal manera que aquellos lectores e investigadores interesados tengan una percepción clara de los términos. 1.2.1. Contaminación de los cuerpos naturales de agua. -U. NT. que se manejaron como íconos en el proceso investigativo.. DO. El agua es una de las sustancias esenciales en la naturaleza, por lo que por sus propiedades. RA. y características, así como por sus diferentes usos y aplicaciones contribuye al bienestar. PO SG. general del hombre, de los animales y de las plantas; haciendo que los seres humanos dependan del agua no solo para su sobrevivencia, sino también para el funcionamiento y la. DE. continuidad de las diferentes actividades como pueden ser las agrícolas y las industriales, siendo una de las pocas sustancias sin la cual no podría mantenerse la vida en nuestro planeta.. TE CA. Pero en cierto modo el hombre mismo es en parte el causante de manera indistinta del grado de contaminación de los cuerpos de agua que existen en nuestro planeta, y en donde en las. BL IO. últimas décadas se han incrementado las descargas de aguas residuales tanto municipales. BI. como las industriales sin ningún tratamiento previo. La contaminación del agua puede generarse de forma natural (por erupciones volcánicas, descomposición de organismos, entre otros) o por acciones antropogénicas, como por ejemplo derrames de agentes contaminantes, aumento demográfico, urbanización, etc. Es así que la creciente presión sobre los cuerpos naturales de agua originada por las actividades antropogénicas (poblacionales y productivas) puede afectar la calidad de los recursos hídricos, impactando en los ecosistemas acuáticos y comprometiendo la disponibilidad del recurso hídrico, dado que el uso de aguas contaminadas constituye un riesgo para la salud 14 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. de las personas y para la calidad de los productos agropecuarios, agroindustriales e hidrobiológicos. (ANA, 2016). Es así como industrias como la textil, cuero, papel y plástico, entre otras, utilizan los colorantes en sus productos y también consumen grandes volúmenes de agua. Dado que los colorantes comúnmente usados en los sectores mencionados, presentan una alta solubilidad en medios acuosos, con frecuencia se encuentran disueltos en el agua residual industrial.. NT. Como resultado, considerables cantidades de agua contaminada con colorantes son. -U. generadas. La descarga de colorantes al medio ambiente presenta efectos toxicológicos y. DO. antiestéticos (Hameed, 2009).. RA. Los colorantes sintéticos son contaminantes comunes del agua y con frecuencia se pueden. PO SG. encontrar en pequeñas cantidades en aguas residuales industriales debido a su alta solubilidad (Doğan et al., 2008). Como resultado, numerosas industrias generan una considerable cantidad de efluentes coloreados y por lo tanto las aguas residuales contienen. DE. colorantes (Namasivayam et al., 1996; Han et al., 2006; Doğan et al., 2008). Si bien la. TE CA. liberación de colorantes en el medio ambiente constituye sólo una pequeña parte de la contaminación del agua, éstos son visibles en pequeñas cantidades debido a su color, siendo. BL IO. este indicador más evidente de contaminación del agua (Robinson et al., 2001; Hameed et al., 2009; Kadirvelu et al., 2000).. BI. Uno de los retos más importantes para la ciencia consiste en desarrollar métodos eficientes de control de la contaminación ambiental. En un futuro no se podrá abastecer de agua potable natural a la humanidad, si se continúan con las emisiones de residuos industriales que contaminan al medio ambiente. Por lo tanto, si en última instancia se tiene que utilizar el agua residual tratada para nuestras necesidades básicas, se tendrá que mejorar y optimizar los tratamientos de las mismas, además de buscar nuevas tecnologías que sean más. 15 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. económicas y eficientes, que puedan solucionar las demandas de agua potable. (Contreras, 2013) Por consiguiente, en la gestión de los recursos hídricos, se busca conservar y proteger la calidad las aguas continentales y marinas de los efectos de las fuentes contaminantes, con la finalidad de establecer un equilibrio del ecosistema acuático, considerándose a éste como indicador de la calidad óptima del recurso, beneficiándose al ambiente y a la salud pública.. -U. NT. (ANA, 2016).. DO. 1.2.2. Estructura y clasificación de los colorantes. RA. Los colorantes son sustancias químicas que al unirse con un material le dan color al mismo.. ,400-700 nm. (Zollinger, 2003).. PO SG. Los colorantes se caracterizan por su habilidad para absorber o emitir luz en el rango visible. Se desconoce con exactitud la cantidad de colorantes producidos a nivel mundial, pero se ha. DE. estimado que existen más de 100000 colorantes y tintes disponibles comercialmente y más. TE CA. de 7x105 toneladas son producidas anualmente a nivel mundial (Allen y Koumanova, 2005; Gupta y Suhas, 2009).. BL IO. Los colorantes son compuestos orgánicos aromáticos iónicos con estructuras que incluyen grupos arilo que tienen sistemas de electrones deslocalizados (Allen y Koumanova, 2005).. BI. Estas estructuras son las responsables de la absorción de la radiación electromagnética que tiene distintas longitudes de onda, en base a la energía de las nubes de electrones (Dyes & Pigments, 2010). La estructura de los colorantes presenta dos componentes esenciales: el grupo cromóforo, responsable de producir el color, y el auxócromo, que además de complementar al grupo cromóforo, también puede aumentar la solubilidad de la molécula en el solvente y su afinidad hacia el material a teñir (Gupta y Suhas, 2009).. 16 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Generalmente, los cromóforos están representados por carbono, oxígeno, nitrógeno y sulfuro, en donde distintas configuraciones cromofóricas incluyen azo (-N = N-), carbonil (=C = O), carbono (= C = C =), carbono-nitrógeno (-C = N-), nitroso (-NO; N-OH), nitro (NO2 ó =NO-OH) y sulfuro (C=S). La presencia de grupos de ionizables conocidos como auxócromos (grupo de átomos que contienen pigmento) no sólo complementan al cromóforo, sino que también hace que la molécula sea soluble en agua y le otorga mayor. NT. afinidad para unirse a las fibras. Algunos grupos auxócromos incluyen –NH3, -COOH,. -U. -HSO3, -OH. Para ser un tinte, un compuesto debe contener no sólo el grupo cromófero, sino. DO. también el grupo auxócromo. De este modo un colorante es un compuesto orgánico. RA. conteniendo ambos grupos, cromóforo y auxócromo, ligados a anillos bencénicos, en el cuál. PO SG. es grupo cromófero es responsable de la propiedad de coloración, y la sal formando el. BI. BL IO. TE CA. DE. auxócromo es responsable de la propiedad de tinción (Allen y Koumanova, 2005).. 17 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.