FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
“EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIÓN DE LA CÁSCARA DE LIMÓN (Citrus Limón (L.) Burm. F.) PARA LA REMOCIÓN DE CROMO (VI) DE
AGUAS RESIDUALES DE LA EMPRESA “TEXTILERA - HUALHUAS”
PRESENTADO POR:
Bach. Marilia Mirella PAREDES QUISPE Bach. Milagros Wendy VALLE ALVARADO
Para optar el título profesional de Ingeniero Químico Industrial HUANCAYO - PERÚ
2020
ii EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIÓN DE LA CÁSCARA DE LIMON (Citrus Limon (L.) Burm. F.) PARA LA REMOCIÓN DE CROMO (VI) DE AGUAS RESIDUALES DE LA EMPRESA “TEXTILERA-HUALHUAS”
iii ASESOR:
Ms. Walter Segundo FUENTES LÓPEZ.
iv A Dios, por haberme brindado una familia,
salud, voluntad y gracia para lograr mis metas y objetivos.
A mi madre Norma, por sus consejos y motivación constante que me han permitido hacer de mí, una persona de bien, y sobre todo por su amor. A mi padre Agustín, por ser mi modelo y ejemplo de perseverancia, que siempre me impulsa para salir adelante.
A mis hermanos Kevyn, Zully y Alexis, por sus consejos y apoyo incondicionales.
Marilia Mirella
Dedico esta tesis a Dios, que me ha dado fortaleza para continuar en cada paso que doy, guiándome en todo momento, a mis padres, que a lo largo del camino me brindaron bienestar y educación, quienes fueron y son mi principal motor y motivo para seguir superándome y; a mis hermanas y hermano, que son mis mejores ejemplos a seguir, impulsándome a nunca rendirme y a no dudar en ningún momento, de mi capacidad.
Milagros Wendy
v AGRADECIMIENTOS
Expresamos nuestros sinceros agradecimientos por el apoyo para el desarrollo del presente Trabajo de Investigación:
- A nuestros familiares por estar siempre presentes en los momentos difíciles.
- Al Sr. Gilder Maldonado Lazo, gerente de la Empresa Textilera Hualhuas, por habernos brindado el fluido de su proceso de teñido de lanas, para el respectivo experimento.
- Al Ing. Walter Segundo Fuentes López, por el soporte, guía y el empeño al asesorar la tesis.
- A los catedráticos: Pascual Víctor Guevara Yanqui y Abraham Arsenio Palacios Velásquez, por brindarnos si incondicional soporte en las dificultades que se nos presentaron en la elaboración del trabajo, facilitándonos equipos y materiales.
- Por último, a los catedráticos de nuestra gloriosa Facultad de Ingeniería Química de la UNCP quienes contribuyeron con sus conocimientos y consejos para el término de nuestra carrera universitaria.
vi RESUMEN
En el distrito de Hualhuas, provincia de Huancayo, una de las actividades alternas a la agricultura y ganadería es la textilería, la cual genera aguas residuales de los teñidos con alto contenido de cromo (VI) que alcanza a 50,37 ppm, superando los LMP en 47,87 ppm, por lo que es necesario eliminar o disminuir su presencia. La adsorción con materia orgánica como la cáscara de limón abundante en los centros comerciales de Huancayo; es un método adecuado, por eso la “Evaluación de la capacidad de adsorción de la cáscara de limón (Citrus Limón (L.) Burm. F.) para la remoción de Cromo (VI) de aguas residuales de la Empresa Textilera-Hualhuas” es importante para determinar cuánto de cromo se puede remover, trabajando a las condiciones de Huancayo, ya que en otros lugares se logra una alta remoción. La investigación se llevó acabo en la Facultad de Ingeniería Química de la UNCP, utilizando un diseño experimental mediante la evaluación del efecto de la cantidad de cáscara de limón y el tiempo de contacto en la remoción del Cromo (VI). Primero se trató la cáscara de limón con hidróxido de sodio (NaOH) a una concentración de 0,2 molar y con agitación constante por 2 horas, seguidamente se puso en contacto con solución de CaCl2 a 0,2 molar durante 10 horas. Luego en las cantidades de 50, 60 y 80 g de este adsorbente se puso en contacto con de 500 ml de solución de Cromo (VI) por 8, 10 y 12 horas con agitación constante a 80 RPM. Los resultados indican una reducción de la concentración de Cromo (VI) desde 50.37 ppm a 2 ppm para una dosis de 60 g de adsorbente y 10 horas de contacto que representa un 96% de remoción de Cromo (VI) de la solución textil.
Palabras clave: Adsorción, cromo, remoción, aguas residuales
vii INTRODUCCION
La provincia de Huancayo es una de ciudades con más porcentaje de habitantes dedicados a la ganadería, agricultura y textilería, dentro de ello, se encuentra el distrito de Hualhuas, el cual es resaltado por la gran cantidad de pobladores dedicados a la textilería. Siendo este, la actividad económica principal de este lugar y a la vez el sustento económico de dicha población. Desde años pasados el teñido de lana se desarrolla aprovechando los pigmentos naturales, esto se fue modificando al pasar del tiempo y se empezó a utilizar tintes sintéticos, el cual, trajo como consecuencias altas concentraciones de Cromo (VI) en las aguas residuales, originarias del proceso de teñido. Estas aguas son vertidas de forma directa al medio ambiente, produciendo una acumulación del Cromo (VI) en los productos agrícolas, el cual a su vez produce alteraciones en la salud de los pobladores, tales como irritación nasal, garganta y pulmones, así también a ser más propensos al cáncer estomacal y problemas reproductivos.
La eliminación de estos metales al medio ambiente incrementa de forma considerable la contaminación ambiental existente, a la vez estos tratamientos pueden ser costosos para las industrias, por ello es necesario encontrar un proceso de remoción eficiente y de fácil acceso para el empresario. Actualmente la remoción de Cromo (VI) por el método de adsorción posee resultados eficientes, especialmente con material orgánico. En la investigación realizada por (Armijo, Rivera, & Mallma, 2009) indica que se alcanzó hasta un 75 % de remoción de Cromo (VI) en 20 min de contacto, utilizando la cáscara de limón modificada como adsorbente. Debido a la gran cantidad de comercio de limón y puestos de cevicherías en Huancayo, se produce una gran cantidad de residuos de limón, los cuales son desechados, desperdiciando así las valiosas propiedades que posee.
viii El trabajo de investigación se encuentra dividido en 3 capítulos, en el capítulo I se describe específicamente la revisión bibliográfica elaborada donde se encuentra los antecedentes de esta investigación y las bases teóricas. En el segundo capítulo se detalla la parte experimental, donde se realizaron las pruebas en la secadora de bandejas y agitador con paleta; teniendo como variables el tiempo en contacto y la cantidad adecuada de adsorbente (cascara de limón) para una mejor remoción del metal. Finalmente, en el capítulo III se presenta el análisis y la discusión de resultados obtenidos en todo el proceso experimental.
Se espera que el método utilizado en el trabajo de investigación aporte de manera positiva en la disminución de la contaminación del cromo en agua residuales industriales, provenientes del proceso de tinte de la empresa “textilera – Hualhuas” y en consecuencia prevenir alteraciones en la salud de la población.
ix OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Evaluar la capacidad de adsorción de la cáscara de Limón (Citrus Limón (L.) Burm F.), para la remoción de Cromo (VI) de aguas residuales de la empresa “textilera-Hualhuas”.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Determinar la cantidad de cáscara de limón como adsorbente, para la remoción de Cromo (VI) de aguas residuales de la empresa “textilera-Hualhuas”.
Determinar el tiempo de contacto del adsorbente (cáscara de limón) para la remoción de Cromo (VI) de aguas residuales de la empresa “textilera-Hualhuas”.
x NOMENCLATURA
𝐶𝑖 Concentración inicial en ppm.
𝐶𝑓 Concentración final en ppm.
𝑚𝑚𝐻𝑔 milímetros de mercurio 𝑝𝐻 potencial de Hidrogeno
𝑀 Molaridad
𝑃𝑝𝑚 partes por millón
LMP Limites máximo permisibles
𝑞𝑒 Cantidad de adsorbato retenida en dependencia de la concentración inicial.
𝑄𝑚𝑎𝑥 Máxima cantidad de adsorbato retenida por 1g de adsorbente.
𝐶𝑒𝑞 Concentración de adsorbato cuando el sistema de adsorción alcanza el estado de equilibrio termodinámico.
𝑏 Constante de equilibrio correspondiente al proceso de adsorción 𝑅𝑃𝑀 revolución por minuto
𝐶𝑜 Concentración inicial 𝐶𝑒 concentración final
𝑉 volumen de la solución 𝑀 Masa del adsorbente. G
𝑞𝑒,𝑚𝑎𝑥 y 𝐾𝐿 parámetros de Langmuir relacionados con la capacidad de adsorción máxima y la energía libre de adsorción
𝑅𝐿 factor de separación
𝐾𝑓 constante indicativa de la capacidad de adsorción del adsorbente 𝑁 constante indicativa de la intensidad de adsorción
xi INDICE
AGRADECIMIENTOS ... v
RESUMEN ... vi
INTRODUCCION... vii
OBJETIVOS ... ix
NOMENCLATURA ... x
INDICE DE TABLAS ... xv
CAPITULO I ... 16
REVISION BIBLIOGRAFICA ... 16
1.1. ANTECEDENTES ... 16
1.2. BASES TEORICAS ... 17
1.2.1. ADSORCIÓN... 17
1.2.2. LA CAPACIDAD DE ADSORCIÓN ... 18
1.2.3. TIPOS DE ADSORCIÓN ... 19
1.2.4. PROCESO DE ADSORCIÓN ... 21
1.2.5. EQUILIBRIO DE ADSORCIÓN ... 22
1.2.6. MODELOS DE ISOTERMAS ... 25
1.2.7. DESMETOXILACIÓN ... 27
1.2.8. EL AGUA ... 28
1.2.9. CONTAMINACION EN EL AGUA ... 29
1.2.10. AGUAS RESIDUALES ... 29
1.2.11. AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES ... 32
1.2.12. METALES PESADOS ... 33
1.2.13. CONTAMINACION POR METALES PESADOS ... 34
1.2.14. CROMO ... 35
1.2.15. CONSUMO DE CROMO EN SECTORES INDUSTRIALES ... 35
1.2.16. TOXICOLOGIA DEL CROMO ... 36
1.2.17. EFECTOS ADVERSOS DEL CROMO HEXAVALENTE ... 37
1.2.18. MÉTODOS CONVENCIONALES PARA LA ELIMINACION DEL CROMO ... 38
1.2.19. INDUSTRIA TEXTIL ... 41
1.2.20. VERTIDOS EN INDUSTRIA DE LA LANA ... 41 1.2.21. PROCESO DE PRODUCCIÓN DE LANA EN LA EMPRESA “TEXTILERA – HUALHUAS . 43
xii
1.2.22. DICROMATO DE POTASIO EN LA INDUSTRIA TEXTIL ... 43
1.2.23. LIMÓN... 44
1.2.24. CÁSCARA DE LIMON ... 45
1.2.25. ESTRUCTURA DE LA PECTINA ... 46
1.2.26. ADSORCIÓN POR PECTINAS ... 47
1.2.27. PARÁMETROS QUE INFLUYEN EN EL PROCESO DE ADSORCIÓN ... 48
1.2.28. ESPECTROFOTOMETRÍA INFRARROJO. ... 49
1.2.29. ADSORCIONES CARACTERÍSTICAS DE LOS GRUPOS FUNCIONALES. ... 51
CAPITULO II ... 53
PARTE EXPERIMENTAL ... 53
2.1. TIPO DE INVESTIGACION ... 53
2.1.1. Aplicada ... 53
2.2. NIVEL DE INVESTIGACION ... 53
2.2.1. Explicativo ... 53
2.3. METODO DE INVESTIGACION ... 53
2.3.1. Experimental ... 53
2.4. VARIABLES ... 53
2.5. OPERACIONALIZACION DE VARIABLES ... 54
2.6. DISEÑO ... 57
2.7. METODOLOGIA ... 59
2.8. EQUIPOS E INSTRUMENTOS... 61
2.9. MATERIALES ... 61
2.10. REACTIVOS ... 62
2.11. POBLACION Y MUESTRA ... 62
2.11.1. Población ... 62
2.11.2. Muestra ... 62
2.12. PROCEDIMIENTO ... 62
2.12.1. Preparación de Adsorbente ... 62
2.12.2. Presupuesto ... 71
2.12.3. ESQUEMATIZACIÓN DEL PROCESO DE ADSORCIÓN ... 71
2.12.4. CARATERIZACIÓN FÍSICA, QUÍMICA Y FISICOQUÍMICA DE LA CÁSCARA DE LIMÓN ... 72
2.12.5. OBTENCIÓN DEL EFLUENTE INDUSTRIAL ... 73
xiii
2.12.6. INTERACCION DEL ADSORBENTE Y EL FLUIDO TEXTIL. ... 74
CAPITULO III... 76
TRATAMIENTO DE DATOS Y DISCUSION DE RESULTADOS ... 76
3.1. CARACTERIZACION QUIMICA DE LA CASCARA DE LIMON... 76
3.2. INTERACCION DE LA CANTIDAD DE ADSORBENTE Y EL TIEMPO DE CONTACTO EN EL PROCESO DE ADSORCION CON CASCARA DE LIMON ... 79
3.3. RESULTADOS DE LAS ISOTERMAS DE ADSORCIÓN DE Cr (VI) MEDIANTE. 87 CONCLUSIONES ... 99
RECOMENDACIONES ...100
BIBLIOGRAFÍA ...101
ANEXOS ...105
xiv INDICE DE FIGURAS
Figura 1: Fenómeno de Adsorción ... 18
Figura 2: Adsorción por intercambio ... 20
Figura 3: Adsorción Física ... 20
Figura 4: Adsorción Química ... 21
Figura 5: Tipos de Isotermas ... 24
Figura 6: Desmetoxilación de la pectina ... 28
Figura 7: Diagrama de Fabricación de la Lana ... 42
Figura 8: Proceso de Producción de la Lana Empresa Textilera - Hualhuas ... 43
Figura 9: Estructura de la Pectina ... 47
Figura 10: Metodología empleada en el trabajo de investigación ... 60
Figura 11: Imagen satelital del lugar de muestreo de la cascara de Limón ... 64
Figura 12: Limpieza y secado del adsorbente ... 65
Figura 13: Molienda y tamizado del adsorbente ... 65
Figura 14: cáscara de limón-secadora de bandejas ... 66
Figura 15: Variación del Peso VS Tiempo de secado ... 69
Figura 16: Proceso de secado en bandejas ... 70
Figura 17: Esquematización del proceso de adsorción ... 71
Figura 18: Espectro infrarrojo de la cáscara de limón ... 77
Figura 19: Capacidad de Adsorción de la cascara de Limón ... 78
Figura 20: Remoción vs Cantidad de Adsorbente ... 85
Figura 21: % de Remoción vs Tiempo de Contacto ... 86
Figura 22 Linealización de la Isoterma de Langmiur ... 89
Figura 23 Factibilidad ... 93
Figura 24 Linealización de la Isoterma de Freundlich ... 95
Figura A.1.25: Estándares Nacionales de Calidad Ambiental para el Agua ... 105
xv INDICE DE TABLAS
Tabla 1: Contaminantes importantes del tratamiento del Agua Residual ... 30
Tabla 2: Consumo de Cromo en el Sector Industrial... 36
Tabla 3: Métodos Convencionales para la Eliminación de Cromo ... 39
Tabla 4: Características de los Grupos Funcionales ... 52
Tabla 5: Operacionalización de variables ... 56
Tabla 6: Variables y niveles para el Desarrollo Experimental ... 58
Tabla 7: Diseño Experimental Factorial- Matriz de Experimentos ... 58
Tabla 8: Cantidad de Residuo generada por día ... 63
Tabla 9: Condiciones De La Secadora De Bandeja ... 66
Tabla 10: Tiempo de Secado y Pesos ... 67
Tabla 11: Peso Inicial y Peso Final ... 68
Tabla 12: Presupuesto ... 71
Tabla 13: Grupos Funcionales-Picos ... 76
Tabla 14: Matriz de Experimentos ... 81
Tabla 15 Resultados de todas las pruebas realizadas ... 82
Tabla 16: Porcentaje de Remoción ... 84
Tabla 17: Datos para la Isoterma de adsorción de la cascara de Limón ... 87
Tabla 18: Datos Experimentales para la Isoterma de Langmiur ... 89
Tabla 19: Modelo de Langmuir ... 91
Tabla 20: Parámetros de Equilibrio ... 92
Tabla 21: Concentración Inicial y Factor de Separación ... 93
Tabla 22: Datos Experimentales para la Isoterma de Freundlich ... 95
Tabla 23: Intensidad de Adsorción ... 97
Tabla 24: Modelo de Freundlich ... 97
Tabla 25: Comparación de Modelo de Langmuir vs Modelo de Freundlich... 98
16 CAPITULO I
REVISION BIBLIOGRAFICA 1.1. ANTECEDENTES
En los estudios de biosorción de Cromo (VI) realizados por (Armijo, Rivera, & Mallma, 2009) con cáscara de limón, alcanza una remoción del 75% en el tiempo de 20 minutos, donde la cáscara pasa por un proceso de desmetoxilación con solución de hidróxido de sodio, seguidamente por un proceso de reticulación con solución de bicloruro de calcio, finalmente los ensayos muestran que en soluciones acuosas, el Cromo (VI), puede alcanzar en un 90%
de remoción de su concentración inicial.
Según (Agudelo Valencia, Navarrete Rodriguez, & Jaramillo, 2012), indicaron que la tuza o zuro de maíz, el cual contiene un 23,57% de lignina, resultó tener un alto potencial en la remoción metales pesados. En la investigación se realiza un estudio de la capacidad de captación del residuo frente a Cromo (III), donde designaron como variables: concentración de Cromo (III), pH de la solución, y como variable de respuesta el porcentaje de remoción del ion contaminante. Después de analizar por espectrofotometría de absorción atómica la concentración de Cromo (III), identificaron que la remoción oscila entre el 78 y 86%.
En la investigación realizada por (Netzahuatl Muñoz, Pineda Camacho, Barragan Huerta, &
Cristiani Urbina, 2010) buscaron evaluar el potencial de la cáscara del aguacate de variedad Hass para remover Cromo (VI), y cromo total de soluciones acuosas. Se utilizó el método de la 1,5-Difenilcarbohidrazida, manteniendo un pH constante de 2 y a una temperatura de 28
°C, se midió la variación de la concentración con respecto al tiempo, durante las primeras 24 horas de contacto se observó que disminuyó velozmente la concentración de Cromo (VI), y
17 que en los tiempos evaluados la capacidad de remoción de Cromo (VI), resultó mayor a la de remoción de cromo total, el cual se puede deducir que la cáscara del aguacate disminuyó parte del Cromo (VI). Las más altas capacidades de remoción de Cromo (VI) y cromo total se alcanzaron a las 120 h de contacto, las cuales fueron 101,81 𝑚𝑔 /𝑔𝑟 y 63,88 𝑚𝑔 /𝑔𝑟, respectivamente. La cáscara del aguacate variedad Hass es potencialmente efectiva para la remoción Cromo (VI) y cromo total de soluciones acuosas (Alvarez, 2017), en su investigación referente a la capacidad de biosorción de cobre presente en disoluciones acuosas, utilizando bagazo de caña de azúcar y cáscara de cacao. Indica que la cáscara de cacao posee mayor afinidad con los iones de Cromo (VI), por lo tanto, su porcentaje de remoción resulta del 94%, siendo este mayor que el bagazo de caña de azúcar. Al momento de evaluar el parámetro del pH se obtiene la eficiencia más alta del proceso a pH=4. Durante el estudio cinético se identificó que el proceso de biosorción resulta más rápido en los primeros 60 minutos. Respecto al modelo cinético que mejor se ajusta a los datos experimentales es el de Pseudo Segundo Orden y con la isoterma de Langmuir, el cual establece una capacidad máxima de adsorción con un 33,44 mg/gr. Con respecto a la parte termodinámica, la temperatura a la que se alcanza el mayor porcentaje de remoción de Cromo (VI), es a los 30°C, sin embargo, este parámetro no representa una mayor influencia
1.2. BASES TEORICAS 1.2.1. ADSORCIÓN
La adsorción es una operación de separación gas-solido o líquido-sólido. Para la aplicación de la adsorción puede ser operación de separación o almacenamiento de una sustancia a otra, es indispensable el conocimiento de las características que posee el adsorbente y así mismo del equilibrio de
18 adsorción que posee la unión entre este y los compuestos de la corriente a tratar. El proceso de adsorción hace participe uno o más componentes entre un gas o un líquido, en contacto con la superficie de un sólido. La fase sólida es llamada adsorbente y los iones adsorbidos en la superficie del sólido, se los conocen como adsorbato. La adsorción queda establecida por las fuerzas de atracción que se dan entre las moléculas de fluido y la superficie sólida (Wankat, 2014) como se muestra en la Figura 1 donde las moléculas amarillas (adsorbato) son atraídas hacia la superficie sólida de celeste (adsorbente)
Figura 1: Fenómeno de Adsorción
Fuente: Fenómeno de superficie adsorción (Viades Trejo, 2013) 1.2.2. LA CAPACIDAD DE ADSORCIÓN
Es una de las características más importantes de un adsorbente. Se define como la cantidad de adsorbato que puede retenerse en el adsorbente por unidad de masa o volumen. La capacidad de adsorción se relaciona directamente con la superficie específica del material y con su volumen de
19 poros, así como con el tamaño de poro promedio del material. (Wankat, 2014)
1.2.3. TIPOS DE ADSORCIÓN
Según (Walter & Weber, 2003), podemos diferenciar tres tipos de adsorción, esto dependerá de los tipos de fuerzas que existan entre el soluto y el adsorbente. Estas fuerzas pueden ser de tipo eléctrico, fuerzas de Van der Waals o químico.
1.2.3.1. ADSORCIÓN POR INTERCAMBIO
Es aquel proceso en el cual los iones del soluto, se concentran en la superficie del adsorbente, realizándose una atracción por fuerzas electrostáticas, dándose a cabo el proceso de atracción de las cargas eléctricas entre positivas y negativas. La carga del ion es el factor determinante en la adsorción de intercambio, si tenemos dos adsorbatos iónicos iguales en varios factores, pero uno con mayor carga que otro, el de mayor carga será el que sea adsorbido. Para dos adsorbatos con igual carga, el tamaño molecular es el que determina cuál será adsorbido, tal como se muestra en la Figura 2, el adsorbato fuerte (color rosado) es el adsorbido.
20 Figura 2: Adsorción por intercambio
Fuente: Tipos de Adsorción (Sanabria, 2015) 1.2.3.2. ADSORCIÓN FÍSICA
También llamada fisisorción, es aquel proceso que utiliza las fuerzas de Van Der Waals, aplicado en situaciones donde la superficie del adsorbente no es fija para la molécula adsorbida, sino está libre de trasladarse dentro de la interface. En la Figura 3 se muestra la representación gráfica de las fuerzas de atracción mas no por intercambio de iones.
Figura 3: Adsorción Física
Fuente: Tipos de Adsorción (Sanabria, 2015)
21 1.2.3.3. ADSORCIÓN QUÍMICA
También llamada quimisorción, es aquel proceso donde sucede la participación química del adsorbato y adsorbente, la fuerza el cual realiza la interacción entre el adsorbato y adsorbente es elevada, similar a un enlace químico. Como se puede observar en la Figura 4 este intercambio se da mediante la atracción de los iones (círculos rojos) a la superficie sólida (adsorbente).
Figura 4: Adsorción Química
Fuente: Tipos de Adsorción (Sanabria, 2015) 1.2.4. PROCESO DE ADSORCIÓN
Consiste en la acumulación de sustancias en una superficie o interfase. Este proceso puede ocurrir en una interfase que separa a dos fases, tales como líquido-líquido, gas-líquido, gas-sólido, o líquido-sólido. El material que se concentra en la superficie o se adsorbe se llama adsorbato y la fase adsorbente se llama adsorbente. (Muñoz Carpio, 2007)
22 1.2.5. EQUILIBRIO DE ADSORCIÓN
Según (Gregg & Sing, 1982), el equilibrio de adsorción es la relación que existe entre la cantidad adsorbida y la concentración en la fase líquida, esta relación se le conoce como isotermas de adsorción para un determinado sistema adsorbato-adsorbente, teniendo los siguientes tipos de isoterma 1.2.5.1. LA ISOTERMA DE TIPO I
La isoterma tipo I, como se muestra en la Figura N° 5, está definida por una línea cóncava hacia el eje de abscisas, el cual representa la presión relativa vs la cantidad adsorbida, se aproximará a un valor constante al aumentar la presión relativa.
Las características de las isotermas de este tipo corresponden a sólidos micro porosos.
1.2.5.2. LA ISOTERMA DE TIPO II
La isoterma de tipo II, se define por una línea con curvatura como se observa en la Figura Nº 5, las características de esta isoterma, corresponden a sólidos macro porosos.
Representando una adsorción en mono capa y multicapa sin restricciones.
1.2.5.3. LA ISOTERMA DE TIPO III
La isoterma de tipo III, está definida con una línea convexa hacia el eje de abscisas como se observa en la Figura Nº 5. Este tipo de isoterma nos da a conocer que son materiales macro
23 porosos o no porosos, cuando hay poca afinidad entre el adsorbato y el adsorbente, no se observa el efecto de un campo de fuerzas a bajas presiones relativas.
1.2.5.4. LA ISOTERMA DE TIPO IV
La isoterma de tipo IV, está definida por una línea curvada como se observa en la Figura Nº 5, esta isoterma representa el ciclo de histéresis, donde asocia la condensación capilar propia de la adsorción en materiales meso porosos, y el valor límite de la cantidad adsorbida para el intervalo superior de presión relativa, esta isoterma.
1.2.5.5. LA ISOTERMA DE TIPO V
La isoterma de tipo V, está definida por una línea curvada como se observa en la figura Nº5, en esta isoterma se presentan materiales meso porosos, pues presenta un ciclo de histéresis, cuando hay menor afinidad entre el adsorbato y el adsorbente, este tipo de isoterma es muy poco frecuente.
1.2.5.6. LA ISOTERMA DE TIPO VI
La isoterma de tipo VI, está definida por una línea ondeada y escalonada como se muestra en la figura Nº 5, está isoterma representa a materiales con multicapa sobre una superficie uniforme no porosa. Cada uno de los escalones que presenta corresponde a una capa adsorbida
24 Figura 5: Tipos de
Isotermas Fuente:
Representación gráfica de los diferentes tipos de
isoterma de adsorción (Gregg &
Sing, 1982)
25 1.2.6. MODELOS DE ISOTERMAS
En (Coronas & Sebastián, 2013) menciona que existen una variedad de ecuaciones de isotermas para el análisis del equilibrio de adsorción las cuales describen el comportamiento de una partícula adsorbida, sobre la superficie de un sólido o líquido, cuando se incrementa su concentración.
Si las partículas adsorbidas corresponden a las de un gas, entonces se toma en cuenta su presión. Entre ellas las más destacadas son:
1.2.6.1. MODELO DE LANGMUIR
El modelo de adsorción de Langmuir, describe cuantitativamente la cantidad de moléculas acumuladas sobre la superficie adsorbente. En este modelo la adsorción es frecuente, donde muestra la interacción entre la concentración del adsorbato y la cantidad adsorbida, en una temperatura constante.
La ecuación del modelo de Langmuir es la siguiente:
𝑞𝑒 = 𝑄𝑚𝑎𝑥∗𝑏𝐶𝑒𝑞
(1+𝑏𝐶𝑒𝑞) (1) En su forma lineal
1
𝑞𝑒= 1
𝑄𝑚𝑎𝑥+ 1
𝑄𝑚𝑎𝑥𝑏∗ 1
𝐶𝑒𝑞 (2)
26 Nomenclatura:
q = Cantidad de adsorbato retenida en dependencia de la concentración inicial.
Qmax = Máxima cantidad de adsorbato retenida por 1g de adsorbente.
Ceq = Concentración de adsorbato cuando el sistema de adsorción alcanza el estado de equilibrio termodinámico.
b = Constante de equilibrio correspondiente al proceso de adsorción
1.2.6.2. MODELO DE FREUNDLICH
El modelo de Freundlich, muestra la relación empírica que nos permite determinar con exactitud la capacidad de adsorción, consiste en una curva que relaciona la concentración de un soluto en la superficie de un adsorbente, con la concentración del soluto en el líquido con el que está en contacto.
La ecuación del modelo de Freundlich es la siguiente:
𝑞𝑒 = 𝐾𝐶𝑒𝑞 1/𝑛 (3) En su forma lineal
𝐿𝑛 𝑞 = 𝐿𝑛 𝐾 + 𝑛 𝐿𝑛 𝐶 (4)
27 Donde:
qe = Representa los gramos adsorbidos por gramo de adsorbente.
Ceq = concentraciones en g/L.
K y n = son constantes que dependen de la temperatura, naturaleza del adsorbente y adsorbato.
1.2.7. DESMETOXILACIÓN
Es aquel proceso que se utiliza para disminuir la cantidad de metóxilos presentes en las cáscaras de cítricos y aumentar la cantidad de ácidos carboxílicos; principalmente ocurre por la hidrólisis de los enlaces éster, sin adicionar un ácido; solubilizando pectinas con alto contenido de metóxilos . (García Villegas, Yipmantin Ojeda, & Gúzman Lezama, 2011)
Este procedimiento se utiliza también para incrementar la rigidez de la pared celular añadiéndose sales de calcio con lo cual se forman pectatos.
Los pectatos vuelven al tejido más resistente a los agentes físicos como temperaturas y a los enzimáticos como la poligalacturonasa natural que rompen la pectina de bajo grado de metilación aumentando la cantidad de metoxilos (Badui Dergal, Química de los Alimentos, 1990).
28 El uso de pectinas como adsorbente natural ha sido estudiado en los últimos años dando muy buenos resultado no solo su bajo costo para eliminar contaminantes inorgánicos sino también por su grado de solubilidad e hidratación que tiene para ser usada de manera directa.
(García Villegas, Yipmantin Ojeda, & Gúzman Lezama, 2011)
Figura 6: Desmetoxilación de la pectina
1.2.8. EL AGUA
El agua es una sustancia que químicamente se formula como H2O, es decir, que una molécula de agua se compone de dos átomos de hidrogeno enlazados covalentemente a un átomo de oxígeno siendo el compuesto para diferentes procesos, como son físicos, químicos y biológicos, que están presentes en el medio natural. (Garcia, Sánchez, & Guzmán, 2017) La distribución de la densidad electrónica en el agua obedece a dos razones. La primera es la geometría misma de la molécula. Como se ha mencionado, los dos pares electrónicos no compartidos del oxígeno se mantienen, aproximadamente, del lado opuesto a los dos átomos de
29 hidrogeno, que comparten su único electrón con el oxígeno, formando un enlace químico. La segunda razón tiene que ver con la naturaleza de los enlaces oxígeno-hidrógeno. (Peón Peralta, 2007)
Una de las grandes importancias, es desde un punto de vista químico, ya que en todo proceso químico da lugar a sustancias disueltas en agua, siendo un medio de transporte de diferentes componentes entre buenas y malas para la salud. (Gomez Gomez, Danglot Banck, & Vega Franco, 2010)
1.2.9. CONTAMINACION EN EL AGUA
Es la modificación de su estado natural del agua. El agua contaminada sufre cambios físicos (color, temperatura, suspensiones, radiactividad, etc.), químicas (composición, sustancias disueltas, etc.) o biológicas, por ello no puede cumplir sus funciones ecológicas. (salud, 2017)
1.2.10. AGUAS RESIDUALES
Es la mezcla de los residuos líquidos, o aguas que contienen residuos, que provienen tanto como de instituciones públicas e instalaciones industriales y comerciales. Son aquellas que, por utilización del hombre, indican un peligro y son desechables, dado que poseen gran cantidad de componentes y/o microorganismos. (Espigares Garcia & Perez Lopez, 2005)
1.2.10.1. Contaminantes importantes en el tratamiento del Agua Residual
30 Se pueden identificar diferentes tipos de aguas residuales, y en cada uno, diferente contenido de contaminantes. En la Tabla 1 se puede observar los principales contaminantes para el tratamiento de estas aguas.
Tabla 1: Contaminantes importantes del tratamiento del Agua Residual CONTAMINANTES RAZON DE LA IMPORTANCIA
SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN Indica la cantidad de sólidos, presentes, en suspensión y que pueden ser separados por medios mecánicos, como por ejemplo la filtración en vacío, o la centrifugación del líquido.
MATERIA ÓRGÁNICA
BIODEGRADABLE
Las cuales poseen proteínas, carbohidratos, materia biodegradable, suele ser medido por el nivel de la DBO (demanda bioquímica de oxigeno) y de la DQO (demanda química de oxigeno).
PATÓGENOS Ocasiona posibles transmisiones de enfermedades contagiosas mediante los organismos patógenos que están presentes en el agua residual.
CONTAMINANTES PRIORITARIOS Se refiere a las componentes orgánicas o inorgánicas evaluadas por su nivel de
31 carcinogenicidad, mutagenicidad, teratogenicidad o toxicidad.
MATERIA ORGÁNICA
REFRACTARIA
Este tipo de materia suelen soportar los tratamientos comunes.
METALES PESADOS Estos suelen ser agregados al agua residual mediante el comercio o actividades industriales, y podría ser requerido su remoción en caso se desea reutilizar.
SOLIDOS INORGÁNICOS
DISUELTOS
Los componentes inorgánicos por ejemplo el calcio, sodio y los sulfatos se agregan al agua de suministro como resultados de la utilización del agua, y es probable que tengan que anular si se va a volver a utilizar.
Fuente: (Espigares Garcia & Perez Lopez, 2005) 1.2.10.2. Tipos de Aguas Residuales
- Aguas residuales domésticas: Estas aguas, son producidas por los desechos generados por el ser humano, baño, cocina y otros que son recolectados por sistemas de alcantarillado, también son conocidas con el nombre de aguas negras, estas aguas contienen gran cantidad de microorganismos, materia orgánica, grasas, detergentes, restos de jabones y lejía.
32 - Aguas blancas: Este tipo de agua es menos contaminada que las aguas domésticas e industriales, su procedencia es atmosférica (lluvia, nieve o hielo).
- Aguas residuales agrícolas: Procedentes sobre todo en las zonas rurales en labores agrícolas. Por su origen, estas aguas suelen ser utilizadas para riego agrícola en numerosos lugares, pudiendo no haberse realizado un tratamiento antes de su uso.
1.2.11. AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES
Estas aguas son el resultado de los procesos industriales el cual utilizan el agua dentro de sus procesos.
Las aguas residuales dependen del proceso industrial de la cual provienen.
Así mismo la cantidad de contaminante presente difiere de acuerdo al tiempo en contacto en el proceso industrial. Utilizando los diferentes métodos de tratamiento se clasifica a los componentes de dichos vertidos.
1.2.11.1. Elementos Insolubles Separables Físicamente.
- Materias grasas flotantes: Se encuentra constituido por sustancias como aceites, grasas, hidrocarburos, alquitranes, las cuales producen un sabor y olor desagradables, que poseen la posibilidad de producir el aumento en la mortalidad de peces, algas e insectos acuáticos.
- Materias sólidas en suspensión: podemos ubicar a los óxidos, hidróxidos, arenas, pigmentos, azufre coloidal entre otros.
33 Estos necesitan en todo momento un tratamiento de coagulación-floculación para ser eliminadas. (Garcia, Peréz,
& Vargas, 1985)
1.2.11.2. Elementos separables por precipitación.
- Metales: plomo, mercurio, hierro, cobre, cromo, zinc, níquel, berilio, titanio y aluminio, el cual logran la precipitación dentro de un rango específico de pH.
- Sulfitos, sulfatos, fosfatos y fluoruros: el cual logran la precipitación agregando determinados cationes.
- Sales de ácidos y bases fuertes: compuestos orgánicos ionizados referido al intercambio iónico; y no ionizados que se da por ósmosis inversa. (Garcia, Peréz, & Vargas, 1985)
1.2.12. METALES PESADOS
Los metales son sustancias naturales de la corteza terrestre. Tienen una importancia en los organismos al ser indispensable de sus funciones bioquímicas y fisiológicas. Algunos son oligoelementos insustituibles para el mantenimiento de los sistemas bioquímicos de los seres vivos.
Podrían resultar potentes tóxicos para los seres humanos y los ecosistemas, de acuerdo a las vías de exposición. Todos ellos de acuerdo al nivel que se detecta pueden llegar a ser tóxicos, e incluso cancerígenos. Gran cantidad de los metales de fuentes naturales provienen de la corteza terrestre. Sin embargo, existen otros procesos
34 de origen antropogénico, como las actividades industriales, agrícolas, mineras y ganaderas, o el propio tráfico, que también deberían ser considerados como fuentes de metales pesados. Debido al comportamiento acumulativo y de permanencia de los metales, éstos no solo se encuentran en los diversos compartimentos ambientales (aire, agua, suelos, flora y fauna), sino que también se encuentran en el organismo del ser vivo. La población suele estar expuesta a estos metales como consecuencia de su extensa difusión en el medio. Una de las vías más considerables de exposición es usualmente el consumo de los diferentes grupos de alimentos que poseen estas sustancias, ya sea de forma natural o como contaminantes.
Los metales no se degradan, ni se destruyen y pueden ingresar al cuerpo humano mediante el consumo del agua potable, ya sea por ingestión o por absorción dérmica durante ducha o baño. Así mismo pueden ser ingeridos, inhalados o absorbidos dérmicamente a partir de las partículas de polvo re suspendidas que provienen de los suelos. En el aire, la contaminación atmosférica de partículas que contienen metales implica una amplia variedad de potenciales efectos adversos sobre la salud. (Ferre Huguet, Schuhmacher, Llobet, & Domingo, 2007)
1.2.13. CONTAMINACION POR METALES PESADOS
Dentro de las zonas industrializadas, en donde los residuos que se utilizan pueden contener alto grado de metales pesados tóxicos, es
35 necesario tener precaución en la acumulación de dichos contaminantes en la superficie terrestre, tienen una alta probabilidad de ser tóxicos para las plantas son el Níquel, cobre, zinc y probablemente el boro. El problema es que hay probabilidad que se puedan acumular en tejidos vegetales en altas concentraciones que podrían afectarse en la salud de los hombres o los animales que consumen alimentos en estos terrenos.
(Dalsell, Biddiestone, Gray, & thurairajan, 1991).
1.2.14. CROMO
El cromo es un oligoelemento que se encuentra en el ser humano en forma trivalente, el cual resulta irremplazable dentro del metabolismo de la glucosa, colesterol, ácidos grasos y cristalinos, relacionado en otros procesos biológicos. Todos los seres vivos están en contacto con el Cromo (VI) por vía inhalatoria, por la piel o por ingestión. En la producción de cromato a partir del mineral cromita se ha identificado el mayor peligro, en donde se encontró en los trabajadores un alto porcentaje. Soldadura, fabricación de cemento, industria de pinturas, industria del cuero, industria fotográfica, industria textil, trabajadores de metales y producción de acero inoxidable son las ocupaciones en las cuales poseen más riesgo a dichas enfermedades. (Cuberos, Rodriguez, & Prieto, 2009)
1.2.15. CONSUMO DE CROMO EN SECTORES INDUSTRIALES
36 En la actualidad existe un aumento en las estadísticas respecto a la contaminación del agua producida por presencia de metales pesados, las cuales son: cromo, níquel, cobre, cadmio, mercurio, plomo, entre otros. Estos componentes, algunos con mayor grado de toxicidad resultan los más comunes en aguas residuales. (Auge, 2007)
Tabla 2: Consumo de Cromo en el Sector Industrial
INDUSTRIA PRODUCCIÓN DE CROMO
Metalurgia y galvánica 57%
Cemento, Curtiembre y Textil 27%
Industria de Refractarios 16%
Fuente: (Auge, 2007) 1.2.16. TOXICOLOGIA DEL CROMO
El cromo trivalente y el hexavalente son las formas más frecuentes utilizadas en la industria. La toxicidad crónica por cromo es esencialmente una enfermedad laboral relacionada con los teñidos, las aleaciones y el electro laminado de metales (incluyendo metales quirúrgicos), fotografía, colorantes y cementos.
El cromo hexavalente se absorbe principalmente por vía respiratoria, y cantidades sustancialmente más pequeñas a través de la vía digestiva.
El cromo hexavalente de los compuestos bicromato de une a proteínas celulares y nucleares y se acumula en los eritrocitos y plaquetas. El
37 estándar de la EPA para el cromo en el agua de bebida es de 100μg/l.
(Schafer & Lee Goldman, 2013)
1.2.17. EFECTOS ADVERSOS DEL CROMO HEXAVALENTE 1.2.17.1. Efectos adversos del cromo en el agua
En los sistemas acuáticos, la toxicidad de los compuestos solubles del cromo varía según la temperatura, pH y dureza del agua, y según las especies de organismos que los pueblan. En cuanto al comportamiento del cromo, se puede afirmar que los compuestos del cromo (III) tienen gran estabilidad, el caso contrario ocurre para los compuestos del Cromo (VI).
1.2.17.2. Efectos adversos del cromo en las plantas
Se conocen, entre otras, lesiones en el sistema radicular, originadas principalmente por el Cromo (VI). Los efectos tóxicos que el cromo ejerce sobre las plantas han sido descritos, fundamentalmente, en base a ensayos vasculares.
Estos efectos negativos producen que las estructuras internas de las plantas cambien de forma muy notoria al momento de asimilar el cromo. Se identificó que las raíces de la avena no lograban desarrollarse, juntamente a ello se identificó hojas angostas con una coloración pardo-rojiza con aparición de pequeñas manchas necróticas.
38 1.2.17.3. Efectos negativos del cromo en los seres humanos
A causa de la solubilidad que posee el cromo metálico, no resulta toxico en contacto con el agua. La mayor amenaza presente esta en los diversos compuestos del cromo hexavalente, esto se debe a los efectos genéticos.
Dentro de los ensayos que se realizan para determinar sus efectos mutagénicos. Los efectos producidos en la placenta de una mujer embarazada representan un alto riesgo para los embriones y fetos. Estudios epidemiológicos ejecutados en grupos humanos, el cual se encontraban expuestos a estas sustancias químicas en su lugar de labores, demostraron el efecto carcinógeno de los compuestos del Cromo (VI).
Unas de las diferentes mutaciones producidas se encuentran en el tracto gastrointestinal, así como acumulaciones en el hígado, en el riñón, en la glándula tiroidea y en la médula ósea. (Garzon Santamaria &
Gonzáles López, 2012).
1.2.18. MÉTODOS CONVENCIONALES PARA LA ELIMINACION DEL CROMO
Estos métodos convencionales son la solución a las alteraciones referentes a la salud y medio ambiente, se producen por la presencia
39 de cromo en el agua, originados en los procesos industriales. Como se describe en la Tabla 3, existen procesos muy factibles para eliminar este metal, los métodos más comunes para tratar las aguas residuales con metales que incluyen: precipitación, oxidación-reducción, intercambio iónico, filtración, tratamiento electroquímico, tecnologías de membrana y adsorción. (Garcés Jaraba & Coavas Romero, 2012).
Tabla 3: Métodos Convencionales para la Eliminación de Cromo
PROCESO DESCRIPCIÓN
Precipitación Es la formación de una sustancia sólida en el fondo de una disolución, ya sea, porque la disolución contiene una sustancia insoluble o por sobresaturación.
Oxidación-Reducción La reacción Óxido Reducción, consiste en el intercambio de electrones desde una molécula emitida a una molécula receptora.
Intercambio Iónico Es el mecanismo de la interacción electrostática, debido a las fuerzas de atracción de Coulomb que tiene lugar cuando un ión de una disolución se intercambia por otro ión de igual signo que se encuentra unido a una partícula sólida inmóvil.
40 Filtración Consiste en una tecnica físico-mecánico
para la separación de mezclas de sustancias compuestas de diferentes estados.
Tratamiento Electroquímico En este método utilizan electricidad para producir una reacción química destinada a la eliminación o destrucción del contaminante presente en el agua.
Tecnología de Membranas La membrana cumple una función similar a la de un filtro muy específico que dejará pasar el agua, quien a la vez retiene los sólidos suspendidos presentes en la solución Adsorción Es utilizada para remover de forma objetiva
los componentes de una mezcla gaseosa o liquida. El componente a separar se une de forma física o química a una superficie sólida.
Fuente: (Garcés Jaraba & Coavas Romero, 2012).
41 1.2.19. INDUSTRIA TEXTIL
La industria textil (del latín texere, tejer) se refería en un principio al tejido de telas a partir de fibras, pero en la actualidad abarca una amplia gama de procesos, como el punto, el tufting o anudado de alfombras, el enfurtido, etc. Incluye también el hilado a partir de fibras sintéticas o naturales y el acabado y la tinción de tejidos. (Ivester & Neefus, 2009)
Los vertidos de las fábricas textiles dependen del tipo de proceso a los que se sometan los distintos materiales empleados en la empresa textil.
Podemos dividir las materias primas en tres grandes grupos: Lana, algodón y fibras químicas. (Sans Fonfría & Ribas, 1989)
1.2.20. VERTIDOS EN INDUSTRIA DE LA LANA
Estos vertidos que proceden del proceso de teñido, contienen la solución colorante que mayormente poseen ácido acético-acetato sódico, así mismo para su sistema de tintura utilizan el dicromato sódico o de potasio, sulfato amónico y sulfato sódico.
.
42
Figura 7: Diagrama de Fabricación de la Lana
Fuente: (Sans Fonfría & Ribas, 1989)
43 1.2.21. PROCESO DE PRODUCCIÓN DE LANA EN LA EMPRESA
“TEXTILERA – HUALHUAS
Figura 8: Proceso de Producción de la Lana Empresa Textilera - Hualhuas
Fuente: Elaboración propia 1.2.22. DICROMATO DE POTASIO EN LA INDUSTRIA TEXTIL
El dicromato de sodio es utilizado en la fabricación de pigmentos de cromato inorgánicos donde produce una gama de colores estables a la luz. También se utilizan algunos grados de cromato como inhibidores
Se coloca al sol en una superficie plana o colgado en un alambre (Dependerá del volumen)
Esquila del animal
Lavado de la lana obtenida de la esquila
Secado de la lana
Hilado de la lana
Madeja
Es cuando se corta la lana de las ovejas.
Esto se realiza con agua caliente para eliminar todos los restos orgánicos impregnados
Se ordena en forma circular la lana hilada
Teñido de la lana
Acabado
Con ayuda de un instrumento, se tuerce las fibras de la lana, hasta obtener el grosor deseado de la lana
Consiste en sumergir las madejas de lana con el colorante natural cochinilla, retama o eucalipto, de acuerdo al color deseado, adicional a ello, incluye la adición de sulfato de cobre, Dicromato de potasio y ácido acético.
44 de la corrosión en las capas inferiores y las imprimaciones. En la preparación de vidrios de colores y esmaltes cerámicos. Usado en Textiles como mordiente para tintes ácidos para mejorar sus propiedades de coloración rápida. (Factor, 2020)
1.2.23. LIMÓN
Nombre científico Citrus Limón (L.) Burm. F. sutilmente conocido como Limón. Se caracteriza por su fruto redondeado u oval de 2 a 5 cm de diámetro, está compuesto de 3 partes:
- El flavedo o exocarpio: se le llama así a la capa externa el cual sufre variación en su coloración durante la etapa de maduración de verde o amarillo. Es la capa que contiene pigmentos. Posee un aroma agradable por la presencia de compuestos terpénicos que contiene el aceite esencial.
- El albedo o mesocarpio: es la capa de color blanca el cual posee pectina dentro de su composición, cumpliendo la función de dar estabilidad a la corteza, según va aumentando la etapa de maduración del albeolo, va degradándose por efecto de las enzimas;
por ello se tiende a cosechar todo tipo de cítrico en su forma inmadura (color verde) con el objetivo de obtener mayor rendimiento y calidad de pectina
- Endocarpio: es llamado así la pulpa el cual contiene el jugo del fruto. El endocarpio se encuentra dividido por el septum formado
45 por 10 – 14 gajos donde se ubican las semillas ubicadas cerca del eje central. (Ailimpo, 2009)
1.2.24. CÁSCARA DE LIMON
La cáscara es la capa protectora de una fruta o vegetal, del cual puede desprenderse. En Botánica, se refiere usualmente al exocarpio, no obstante, el término exocarpio se refiere también a cubiertas más duras en el caso de la nuez, que no posee propiamente una cáscara, porque su capa protectora no puede desprenderse con la mano. Una fruta con una cáscara gruesa, como en los cítricos, es llamada hesperidio. En el hesperidio, la capa interna es desprendida junto con la capa externa, y ambas capas son llamadas cáscara. Tanto el flavedo como el albedo son respectivamente, el exocarpio y el mesocarpio.
La capa de jugo que se encuentra adentro de la cáscara es el endocarpio. Se le suele llamar también corteza, piel o concha.
(Ailimpo, 2009)
1.2.24.1. Usos del limón
Teniendo un alto contenido en vitamina C, ácido cítrico, sustancias de acción astringente. El limón es muy utilizado a nivel industrial y medicinal; el flavedo es utilizado en aromaterapia y perfumería por el uso de sus aceites esenciales.
46 Las pectinas se ubican en el albedo y se han venido utilizándose en la industria alimenticia como gelificante para la elaboración de mermeladas y en la industria farmacéutica para dar consistencia a cremas y pomadas como protectores de afecciones gastrointestinales por el poder que tiene a nivel de la mucosa digestiva de retener agua y absorber toxinas. (Grunauer Espinoza, 2009).
1.2.25. ESTRUCTURA DE LA PECTINA
La pectina es una fibra natural, teniendo una sustancia vegetal viscosa, espeso. Esta sustancia crea un ligamento con la celulosa, otorgando así una pared celular, la cual tendrá la función de absorber grandes cantidades de agua. (Muñoz Carpio, 2007)
La estructura de la pectina tendrá un valor muy importante, ya que esta determinará la fuerza y flexibilidad de las paredes celulares de los vegetales.
Las pectinas, se dividen en dos grupos, debido a sus diferentes propiedades que representan.
a) Las pectinas de alto metóxilo (HM), con más de un 50% de grupos carboxilo esterificados con un radical metil; estas son mayoritariamente utilizadas para la producción de geles azucarados, como las mermeladas y jaleas.
47 b) Los de bajo metoxilo, (LM) con menos de un 50 % de grupos esterificados, estas son utilizadas como agentes gelificantes en productos de bajo contenido de azúcar.
Figura 9: Estructura de la Pectina
Fuente: (Armijo, Rivera, & Mallma, 2009) 1.2.26. ADSORCIÓN POR PECTINAS
La cáscara de limón es un producto de desecho, estos residuos sirven como valor agregado para tratamientos como agente gelificante o para obtención de aromas o aceites esenciales.
Estas cáscaras son una buena fuente de pectina; las cortezas de limón, contienen de 25 a 40% de pectinas en base seca. (Dergal & S, 1990) Las pectinas se encuentran formadas por polisacáridos aniónicos heterogéneos las cuales se ubican en la pared celular del vegetal;
Estos polisacáridos están formados principalmente por unidades de
48 ácido D– galacturónico, mediante los cuales algunos de los grupos carboxilo se encuentran metoxilados. (García Villegas, Yipmantin Ojeda, & Gúzman Lezama, 2011)
El mecanismo de Biosorción de metales en pectinas provenientes de cítricos está determinado principalmente por el número de grupos de ácidos carboxílicos presentes, los cuales son mayores en pectina de bajo grado de metoxilación y se encuentran en menor cantidad cuando tienen altos grados de metoxilación (García Villegas, Yipmantin Ojeda, & Gúzman Lezama, 2011).
1.2.27. PARÁMETROS QUE INFLUYEN EN EL PROCESO DE ADSORCIÓN
1.2.27.1. Tiempo de contacto
La mayoría de las veces, para realizar adsorción en metales pesados se han utilizado isotermas las cuales se encargan de describir el equilibrio del proceso. Los modelos de Langmuir y Freundlich resultaron posiblemente los más factibles para lograr la descripción con éxito el equilibrio de adsorción; a pesar de que los dos modelos resultan ser empíricos, las constantes del modelo de Langmuir resultan ser de mayor facilidad al momento de interpretar.
49 En la adsorción de los metales pesados, la captación va en aumento al principio de manera lineal manteniendo la concentración en el equilibrio; esta retención se encuentra limitada debido al número de sitios activos y, por tanto, logra al punto máximo, el cual se refiere al tiempo en la que el adsorbente, a pesar de que continúe en contacto con la solución, ya no adsorbe más (Volesky, 1990).
1.2.27.2. Cantidad de adsorbente en la adsorción
La cantidad de adsorbente es el factor que va a limitar hasta cierto punto la concentración de metal que se adsorbe, es decir a mayor cantidad de adsorbente, obtendremos una mayor adsorción, pero lo ideal es llegar a una relación de equilibrio, entre la cantidad de adsorbente y la concentración de metal, para un óptimo resultado de adsorción. (Volesky, 1990)
1.2.28. ESPECTROFOTOMETRÍA INFRARROJO.
Técnica de medida de la absorción de la radiación de rango de longitudes de onda, cuando ésta traspasa a través de una capa delgada de sustancia. También considerado como un ensayo de identificación capaz de diferenciar sustancias de diferentes estructuras. Existe tres regiones de infrarrojo (cercano, medio y lejano), la más empleada para
50 fines de identificación es la región comprendida entre 4000 a 400 cm- 1. Sin embargo, en muchos casos es utilizado con fines cuantitativos.
(MERCOSUR, 2015)
1.2.28.1. Grupos funcionales.
Los grupos funcionales son definidos como los centros reactivos de la molécula, son responsables de la reactividad y propiedades químicas de los compuestos orgánicos., la mayoría de los compuestos orgánicos que se analizan se clasifican atendiendo al grupo funcional que contenga. También definida como átomo o conjunto de átomos unidos a una cadena carbonada, está representada por “R” en la fórmula general para los compuestos alifáticos y como “RA” que significa radicales alifáticos que es para los compuestos aromáticos.
Los grupos funcionales están siempre asociados con enlaces covalentes, al resto de la molécula. Se les denomina ion poli atómico o ion complejo cuando el grupo de átomos se asocia con el resto de la molécula primero mediante fuerzas iónicas. (Soto, 2005)
51 1.2.29. ADSORCIONES CARACTERÍSTICAS DE LOS GRUPOS
FUNCIONALES.
La espectroscopia infrarroja se emplea fundamentalmente en Química Orgánica como método para la asignación funcional. Se muestra en la Tabla N° 4, las características de los grupos funcionales, para clasificarlos según la lista a que grupo funcional pertenecen y que características químicas tienen la muestra a tratar. (Soto, 2005)
52 Tabla 4: Características de los Grupos Funcionales
GRUPO FUNCIONAL BANDA (cm-1) INTENSIDAD
C-H 2960-2850 Media
C=C-H 3100-3020 Media
C=C 1680-1620 Media
C≡C-H 3350-3300 Fuerte
R-C≡C-R’ 2260-2100 Media
Ar-H 330-3000 Media
OR-H 3650-3400 Fuerte, ancha
-C-O- 1150-1050 Fuerte
C=O 1780-1640 Fuerte
R2N-H 3500-3300 Media, ancha
-C-N- 1230-1030 Media
-C≡N 2260-2210 Media
RNO2 1540 Fuerte
Fuente: (Soto, 2005)
53 CAPITULO II
PARTE EXPERIMENTAL 2.1. TIPO DE INVESTIGACION
2.1.1. Aplicada
Es aplicada por que busca una alternativa de solución de la contaminación de aguas que contienen Cromo (VI).
2.2. NIVEL DE INVESTIGACION 2.2.1. Explicativo
Es una investigación explicativa debido a que se enfoca en encontrar el porqué del fenómeno de adsorción mediante la prueba de hipótesis.
2.3. METODO DE INVESTIGACION 2.3.1. Experimental
Se utilizó el método experimental por la manipulación del tiempo en contacto y la cantidad de adsorbente en contacto, el cual ocasiona una relación de causa-efecto entre una variable independiente y una dependiente. (Hernandez Sampieri, Fernandez Callado, & Baptista Lucio, 2010)
2.4. VARIABLES
2.4.1. Variables independientes
Cantidad de cáscara de limón. (g)
El tiempo de contacto de la cáscara de limón. (min)
54 2.4.2. Variables Dependientes
La cantidad de Cromo (VI) removido (𝑚𝑔
𝑔 )
2.4.3. Condiciones Fijas - Temperatura
- Volumen de la solución - Velocidad de agitación (RPM) 2.5. OPERACIONALIZACION DE VARIABLES
2.5.1. Cantidad de adsorbente
Las diferentes variaciones de la cantidad de adsorbente (cáscara de limón), se utilizó para determinar la cantidad óptima en la cual se produce mayor porcentaje de remoción del Cromo (VI). Se considera que, a mayor cantidad de adsorbente, tendrá mayor porcentaje de remoción del ion Cromo (VI) y viceversa.
2.5.2. Tiempo en contacto
Las variaciones de los diferentes tiempos de contacto, entre el fluido de la empresa textilera y el adsorbente. Se realizó para determinar el tiempo, en el que recupera un mayor porcentaje de remoción del ion Cromo (VI), los tiempos en contacto fueron 8,10 y 12 horas.
Teniendo en consideración que, a un mayor tiempo de contacto, se obtendrá un mayor porcentaje de remoción del ion Cromo (VI) y viceversa.
55 2.5.3. pH de la solución de Cromo (VI)
El pH de la solución de Cromo, tendrá una variación con el proceso de adsorción, por lo general los materiales orgánicos tienden a formar valores intermedios de pH. La adsorción de una fase líquida puesto en contacto con un material orgánico incrementa con la disminución de pH. Esto trae como consecuencia la neutralización de la superficie del material orgánico respecto a sus cargas negativas a valores bajos de pH. La neutralización de cargas negativas disminuye las dificultades en la difusión y direcciona a un aumento de centros de adsorción.
2.5.4. Capacidad de adsorción
La capacidad de adsorción, se obtendrá, con el porcentaje de remoción de las diferentes pruebas realizadas, el laboratorio CERTIMIN S.A. nos emitirá un certificado de los resultados de las pruebas a evaluar, dándonos a conocer las concentraciones inicial y final de Cromo (VI), luego se halló el porcentaje de remoción de Cromo (VI), utilizando la siguiente ecuación:
% 𝑅𝑒𝑚𝑜𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝐶𝑟𝑜𝑚𝑜(𝑉𝐼) = |𝐶𝑖−𝐶𝑓
𝐶𝑖 | 𝑥100% (5)
Dónde:
𝐶𝑖: Concentración inicial en ppm.
𝐶𝑓: Concentración final en ppm.
2.5.5. Concentración de Cromo
La concentración de Cromo (VI), presente en el fluido de la Empresa “Textilera – Huahuas”, tiene una concentración de 50,38 ppm
56 2.5.6. Velocidad de agitación
La velocidad de agitación será constante, ya que el motor puesto en los agitadores es de 80 RPM.
2.5.7. Temperatura
La adsorción implica una relación específica entre las propiedades del material orgánico (Cáscara de limón) y el fluido (conteniendo Cromo (VI)). Por lo tanto, la temperatura no son los mismos entre el material orgánico y el fluido.
La temperatura influenciará en el material orgánico (cascará de limón), ya que, a una determinada temperatura, este perderá sus propiedades fisicoquímicas, la temperatura, a la que debe someterse este material será de 40 ºC.
Como se puede observar en la tabla 5, las variables y las condiciones fijas fueron manejadas con unidades medibles.
Tabla 5: Operacionalización de variables
Tipos Variables Definición Unidad
Instrumento de medición
Independientes
Concentración del adsorbente
Cantidad del adsorbente participante en la adsorción de Cromo (VI)
Gr
Balanza Analítica
57 Tiempo de
contacto
Tiempo de contacto entre el adsorbente y
el adsorbato
Hr Cronómetro
Dependiente
Capacidad de adsorción
Cantidad del Cromo (VI)
adsorbido
mg/l
Análisis Químico
Condiciones fijas
pH de la solución
Nivel de acidez o alcalinidad de
la solución
1-14 pH-metro
Concentración de la solución
acuosa de Cromo (VI)
Cantidad de masa de Cromo
por unidad de volumen.
𝑚𝑔 𝐿
Análisis Químico
Velocidad de agitación
Cantidad de vueltas por
minuto.
RPM -
Temperatura
Cantidad de energía interna.
°C Termómetro
Fuente: Elaboración Propia, 2019
2.6. DISEÑO
Se determina a partir de:
- 2 variables independientes
58 - 3 niveles en la variable independiente
- 3 repeticiones
𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑢𝑒𝑏𝑎𝑠 = 32 × 3
La investigación se desarrolló con dos variables independientes (cantidad del adsorbente y el tiempo en contacto) y en tres niveles, con un diseño experimental es 32 × 3 totalizando 27 pruebas, tal como figura en la tabla 6.
Tabla 6: Variables y niveles para el Desarrollo Experimental
Fuente: Elaboración propia (2019) En la tabla 7 se observa el diseño experimental factorial empleado en las pruebas experimentales para la adsorción de Cromo (VI) empleando cáscara de limón.
Tabla 7: Diseño Experimental Factorial- Matriz de Experimentos Diseño Factorial 𝟑𝟐
Matriz de experimentos N° de
prueba
Cantidad de adsorbente
Tiempo en contacto
1 20 8
2 40 8
Variables Niveles de las variables independientes Numero de repeticiones
Gr 20 40 60 1 2 3
Min 8 horas 10 horas 12horas
