Estudio de las interacciones entre carboximetilcelulosa (CMC) y quitosano (Ch) para entrampar plomo II (Pb²⁺) en aguas contaminadas - Carmona Ascencio, Neri Jocelyn (Universidad Autónoma Metropolitana, 2016)
La implementación de procesos para tratamiento de aguas residuales contaminadas con metales pesados es de gran importancia debido a que estos compuestos causan graves problemas ecológicos e impactan negativamente en la salud a los seres vivos. En particular el plomo, es un compuesto muy utilizado en diversos procesos y productos industriales, ocasionando que, muchos mantos acuíferos y suelos se encuentren contaminados por este metal, causando graves problemas a la salud humana. Debido a esto, se han implementado programas en contra de su uso, así como la exploración de diversas técnicas para su reducción. Una técnica implementada en los últimos tiempos, para la remoción de plomo y otros metales pesados presentes en bajas concentraciones en el agua, donde algunas técnicas de tratamiento resultan ineficientes, es la biosorción usando biopolímeros polielectrolíticos. El principio es muy sencillo; por un lado, se encuentran dispersos en el seno del agua contaminada los metales pesados (cargados positiva o negativamente), y por el otro lado, se agrega un biopolímero con carga opuesta a la del metal pesado, ocurriendo una interacción electrostática, resultando en la formación de coacervados simples; metal pesado-biopolímero. De preferencia estos coacervados deben precipitarse para poder recuperarlos por medio de un proceso de coagulación-floculación. Esto último frecuentemente no sucede, por lo que se ha tenido que utilizar complejos biopoliméricos (mayor peso molecular), pero manteniendo una carga neta alta. Se ha encontrado, que la formación de complejos electrostáticos (metales pesados-complejos biopoliméricos), tiende a ser una técnica más eficiente en la remoción de metales pesados del agua contaminada, ya que no sólo entrampa al metal sino que también facilita su precipitación. En este trabajo de tesis, se analizó la interacción de los sistemas biopoliméricos carboximetilcelulosa (CMC)-goma Arábiga (GA) (ambos aniónicos), y carboximetilcelulosa (CMC)-quitosano (Ch) (aniónicocatiónico) para la remoción de Plomo II (Pb²⁺) de agua contaminada. El sistema CMC-GA no formó complejos electrostáticos, pero las moléculas coexistieron en solución, mientras que el sistema CMC-Ch formó complejos coacervados a distintas relaciones entre los biopolímeros, a los cuales se les caracterizó por medio de su potencial zeta y su morfología por microscopía óptica. Posteriormente, se determinó la relación teórica óptima (relación estequiométrica) en el sistema CMCCh, haciendo una titulación ácido-base a 20 mL de cada dispersión [CMC (0.25% p/p), Ch (1.00% p/p)] con HCl (0.1N) y/o NaOH (0.1N), cambiando el pH en un intervalo de 2 a 11 aproximadamente y calculando los moles equivalentes de HCl y NaOH que interactuaron con las moléculas de CMC y Ch. A partir de dichos cálculos, se obtuvo que, para el sistema CMC-Ch, la relación óptima es de [1:2] p/p (considerando las concentraciones de las dispersiones) o [2:1] v/v. Debido a lo anterior, se realizaron nuevas imágenes por microscopía óptica, incrementando el intervalo de relaciones CMC-Ch desde [0.2:1] hasta [2:1] v/v, donde se observó que, a relaciones menores de [1:1], las estructuras fibrosas formadas presentan mayor estabilidad y una morfología más uniforme y elástica. Se llevaron a cabo pruebas para la remoción de Pb²⁺ en una solución stock de 100 ppm, agregando la dispersión de CMC a 0.25% p/p. Se realizaron pruebas de absorción atómica con muestras a diferentes relaciones másicas entre la CMC y el Pb²⁺, en las cuales se llegó a una remoción de plomo de la solución stock del 68.8%. Para analizar las interacciones entre la CMC y el Ch se realizó una segunda prueba, en donde se hizo el mismo procedimiento, adicionando la dispersión de Ch posteriormente. Se observó instantáneamente la formación de complejos insolubles en la mezcla. Se realizaron pruebas de caracterización por FT-IR a los complejos que se separaron por centrifugación y el sobrenadante se analizó por absorción atómica para cuantificar la cantidad de Pb²⁺ removido que fue del 96.5%, el cual, comparándolo con el resultado obtenido sólo con la CMC, se muestran las ventajas que se obtienen al utilizar mezclas de biopolímeros para aumentar las funcionalidades de los mismos.