BIOSORCIÓN DE COLORANTES EN AGUAS TEXTILES RESIDUALES

MEDIANTE OPUNTIA SP / AGAVE TEQUILANA

Clave: CIN2018A10118

Centro Universitario México

Cadena Garrido, Georgina Cassandra; Ibarra Rojas, Yaretzet Amiyatzin; Pereda

Díaz, Alejandra de los Ángeles y Ángeles Bolaños Frida.

Asesor: Domínguez Flores, Orlando

Área de conocimiento: Ciencias biológicas y de la salud

Disciplinas: Medio ambiente

Tipo de investigación: Experimental

Ciudad de México, Agosto 2017- Febrero 2018

Indice

Resumen ejecutivo 2

Introducción 4

Fundamentación teórica 5

Metodología 9

Resultados 10

Conclusiones 13

Aparato critico 13

Resumen

1

El proyecto a continuación busca solucionar una problemática internacional con

gran impacto ecológico, la industria textil es una de las más importantes de

nuestro país y la contaminación del agua producida por estas industrias genera

cambios muy grandes en el medio ambiente, estas industrias desechan grandes

cantidades de aguas residuales, que contienen altas concentraciones de

colorantes tipo “azo”, los cuales para ser eliminados del agua requieren procesos

químicos costosos por lo que algunas fábricas prefieren evitar este proceso . Se

propuso una alternativa de tratamiento de biosorción, utilizando opuntia y agave

tequilana, que son considerados comunes en México; se logró un tratamiento que

genera una biosorción del colorante suspendido en el agua residual. Nuestro

objetivo es degradar el colorante del agua residual para así poder utilizarla

posteriormente en más procesos de tinción de ropa. Se utilizará un

Espectrofotómetro de UV HACH para medir la efectividad del tratamiento en

diversas formas de aplicación, comprobando la precipitación del colorante,

eliminando esta forma de contaminación del agua. La metodología que

empleamos fue la obtención de colorantes (Azul mezclilla (659), Rojo escarlata

(604), Castaño Oscuro (626) y Rosa Mexicano (613)), y después escalamos a 6 gr

por litro cada colorante para después hacer el prototipo de agua residual textil.

En cuanto a la opuntia sp y el agave tequilana hicimos una comparación entre el

agave y el opuntia crudos y hervidos para saber si al hervirlos o al ponerlos crudos

tenían mayor eficacia lo cual que arrojo resultados en que al hervirlos son más

eficientes. El proceso se emplea cortándolos en trozos, poniéndolos a hervir y

después licuarlos y así escalar las muestras de opuntia sp y agave tequilana a 20,

25, 30, 35, y 40 gr según corresponda en 100 ml de agua en diferentes tubos de

ensaye. Una vez hecho esto, las muestras previamente preparadas se

almacenaban en un cuarto aislado para evitar el contacto con la luz solar por un

tiempo de 3 semanas para la biosorción del colorante, como proceso final se

analizaron las muestras utilizando el espectrofotómetro UV/VIS Modelo HACH

Lambda 40 Marca PerkinElmer de Docencia del departamento de Ciencias

Básicas e Ingeniería (CBI) de la UAM-I. Para obtener resultados realizamos

distintas concentraciones, ocupamos una simulación de agua residual, elaboramos

2

grupos con diferentes concentraciones de nopal y agave que permanecieron 3

semanas para la biosorción del colorante. Comprobamos que la biosorción más

eficiente fue los 25g/100 ml de opuntia, y 53g/100 m de agave tequilana de

simulación, ya que, al someterlas al espectrofotómetro de UV, éste dio resultados

negativos, lo cual quiere decir que en efecto, hubo degradación de colorante por

parte de opuntia y agave tequilana.

Eventualmente analizaremos la biosorción con diferente materia orgánica como el

rábano, papa y chayote

Abstract

The project later seeks to solve an international problematics with great ecological

impact, the pollution of the water produced by the textile industries,important

industries in Mexico and all over the world that there reject big quantities of waste

of water, which contains high concentrations of colourings type "azo", which to be

eliminated of the water need chemical costly processes. One purpose of an

alternative of treatment of biosorción, is using opuntia and agave tequilana, that

are considered to be common in Mexico; there was achieved a treatment that

generates a biosorción of the colouring suspended in the residual water. A

Spectrophotometer of UV HACH will be in use for measure the efficiency of the

treatment in many ways of application, verifying the rainfall of the colouring,

eliminating this form of pollution of the water.

Palabras clave:

Problemática, impacto ecológico, industrias textiles, aguas residuales, biosorción,

opuntia, agave tequilana, Espectrofotómetro de UV HACH, efectividad,

precipitación.

Introducción:

Planteamiento del problema:

3

La contaminación industrial a menudo puede significar productos químicos

peligrosos fuera de control. Las descargas o emisiones provienen de fugas de

fabricación de los procesos de producción, se escapan mientras se usa el

producto, o se emiten después de tirar el producto como basura. Muchos de los

productos químicos que se producen cuando se fabrican productos tienen

propiedades peligrosas intrínsecas. Podrían hacerse a propósito o

involuntariamente, pero la mayoría nunca ocurriría naturalmente. Los productos

químicos peligrosos no pueden manejarse lo suficientemente bien con técnicas de

"fin de tubería", incluidas las plantas de tratamiento de aguas residuales

comunes. Y muchos pueden hacer daño durante mucho tiempo y lejos de su

origen. Pueden viajar largas distancias y acumularse a lo largo de las cadenas

alimentarias, lo que finalmente envenena nuestro propio suministro de alimentos.

Se creó un tratamiento de remoción del colorante en aguas residuales de la

industria textil a base de nopal y agave previamente hervido (opuntia y agave

tequilana); comparamos cuál tiene mayor eficacia. ¿Cómo lograr remover

colorantes textiles en el agua? ¿El agave es mejor removedor de colorante que el

nopal? Conocemos las propiedades del opuntia y agave tequilana, los cuales

tienen fibras solubles e insolubles, por lo que podemos usar como biosorbente;

para remover el colorante en el agua residual textil.

Objetivos

1. Identificar si el opuntia y el agave tequilana tiene las propiedades para

precipitar el colorante de las aguas residuales de las industrias textiles

mexicanas.2. Absorber el colorante del agua usando opuntia y agave tequilana3. Comparar la eficacia para degradar el colorante entre el opuntia y agave

tequilana.4. Analizar la efectividad del tratamiento mediante el uso de un

espectrofotómetro, para medir la absorbancia del agua tratada.

Fundamentación teórica:

4

Marco Teórico:

Industrias textiles mexicanas

La industria textil es una de las más importantes de nuestro país. Sin embargo, es

una de las industrias con mayor consumo de agua y las aguas residuales que se

generan contienen un gran número de contaminantes de diferente naturaleza.

Entre los contaminantes se destacan los colorantes. Estos compuestos se diseñan

para ser altamente resistentes, incluso a la degradación microbiana, por lo que

son difíciles de eliminar en las plantas de tratamiento convencionales.

En términos de población, el consumo medio en el mundo de colorantes por

persona al año es de alrededor de 200 gramos.

En los países desarrollados puede llegar hasta 600 o 700 g/persona, teniendo un

uso por aplicación del 60% en la industria textil, 25% en pinturas y tintas

(pigmentos), y el resto en el teñido de papel, cuero, alimentos y otros.

INDUSTRIACANTIDAD DE AGUAGENERADA (M3/TON)

CONCENTRACIÓN DE COLOR (UNIDADESHAZEN)

AZUCARERA 0.4 M3/TON CAÑA TRITURADA 150-200

CERVECERÍA 0.25 M3/TON CERVEZA PRODUCIDA 200-300

DESTILERÍA 12 M3/TON DE ALCOHOL PRODUCIDO 200-300

CURTIDO 28 M3/TON DE PIEL 400-500

PULPA Y PAPEL 175 M3/TON DE PAPEL 100-600

TEXTIL 120 M3/TON DE FIBRA 1100-1300

Tabla 1. Mostrando la cantidad de agua y concentración de color generadas por

las diversas industrias.

Aguas residuales de las industrias textiles mexicanas

5

Están presentes concentraciones significativas de metales pesados, como cromo,

cobre, zinc, níquel o plomo. En el proceso de fabricación de la fibra natural, el

agua residual puede contener pesticidas y contaminantes microbiológicos, como

bacterias, hongos y otros patógenos. Así como colorante. Estos metales pueden

acumularse en el cuerpo a lo largo del tiempo y son altamente tóxicos, con efectos

irreversibles, incluyendo lesiones del sistema nervioso (plomo y mercurio) o los

riñones (cadmio). El cadmio también está asociado a enfermedades

cancerígenas...

CLASE DE COLORANTE METALES

Directo CobreReactivo Cobre y níquelÁcidos Cobre, cromo, cobaltoPremetalizados Cobre, cromo, cobaltoMordante Cromo

Tabla 2. Metales típicos encontrados en colorantes (Bae et al., 2006).

Tabla 2 con datos de pH, sólidos suspendidos, sólidos totales, oxígeno disuelto,

DBO, DQO en el agua residuales de la industria textil.

Colorantes utilizados en las industrias textiles mexicanas

6

Los colorantes son sustancias orgánicas fluorescentes o de color intenso que

imparten color a una sustancia incolora o bien, a un sustrato por medio de una

absorción selectiva de luz.

Los colorantes están formados por un grupo de átomos responsables del color

(cromóforos). Los grupos cromóforos más comunes son los azo (-N=N-), carbonilo

( C=O), metilo (-CH3), nitro y grupos quinoides.

Sus moléculas están constituidas por tres grupos funcionales, el cromóforo, que es

el grupo responsable de la absorción de la luz, dándole la propiedad del color a la

molécula; los auxocromos, que le dan afinidad por la fibra e intensifican el color, y

por último, el solubilizado, que le da afinidad a solventes diversos y está dado por

la presencia de iones como: -SO3 –Na+, -NH3+Cl-, -SO2-NH2+,-O+Na+. Los

colorantes también se clasifican de acuerdo a su aplicación: directos, reactivos,

dispersos, entre otros (Christie, 2001 y Días et al., 2007).

Sustancias nocivas en el colorante para el agua

Alquifenoles (Se utilizan en la industria textil para procesos de lavado y teñido.

Son tóxicos para la vida acuática, persistentes en el medioambiente y

biocumulativos en los tejidos corporales. Son similares a las hormonas naturales

como el estrógeno, es decir, son disrupciones hormonales de carácter sexual en

algunos organismos (por ejemplo, la feminización de peces))

Ftalatos, Retardantes de llama bromados y clorados, Perfluorados, Parafinas

cloradas de cadena corta (PCCC), Clorofenoles, Clorobencenos, Colorantes

azoicos (son uno de los principales tipos de tintes utilizados por la industria

textil.Efectos: Algunos tintes azoicos al degradarse durante el uso liberan

sustancias químicas conocidas como aminas aromáticas, algunas de las cuales

pueden causar cáncer al entrar en contacto con la piel. La Unión Europea ha

prohibido el uso de estos colorantes azoicos), principalmente.

7

Biosorción

Un método para la remoción del color de efluentes en varios materiales como:

aserrín, carbón activado, arcillas, suelos, composta, lodos activados, comunidades

vegetales, polímeros sintéticos o sales inorgánicas coagulantes (Chandran et al.

2002). Al proceso que utiliza a la biomasa, se le conoce como biosorción; en este

proceso la decoloración se alcanza por la saturación y posterior biosorción del

colorante sobre las células, ocurriendo esto con o sin biodegradación del

contaminante.

El espectrofotómetro es un aparato que mide en función de la longitud de onda la

absorbancia de una muestra, cuyo resultado puede ser utilizado para determinar la

cantidad de colorante presente en una muestra.

Imagen 3. Espectrofotómetro UV/VIS Modelo Lambda 40 Marca PerkinElmer de

Docencia del departamento de Ciencias Básicas e Ingeniería (CBI) de la UAM-XI

Imagen 4. Funcionamiento del espectrofotómetro

Colores de la luz visible

Longitud de ondade máxima

Color absorbido Color observado

8

absorción (nm)

380-420 Violeta Amarillo-verde

420-440 Azul-violeta Amarillo

440-470 Azul Anaranjado

470-500 Verde-azul Rojo

500-520 Verde Purpura

520-575 Amarillo-verde Violeta

Tabla 3. Color observado y absorbido en función de la longitud de concentración

Hipótesis

Si conocemos las propiedades de un agua residual de industria textil, donde tienen

colorantes tipo azo, entonces podemos ocupar un método para degradar el

colorante de manera orgánica.

Metodología

1. Obtención de colorantes

· Azul mezclilla (659)

· Rojo escarlata (604)

· Castaño Oscuro (626)

· Rosa Mexicano (613)

2. Pesar 6 gr de cada colorante textil (mariposa)

3. Mezclar los 4 colorantes con 1000 ml de agua destilada para generar la

simulación de agua residual.

4. Obtención de opuntia sp y agave tequilana.

5. Reducción de opuntia sp y agave tequilana.

6. Calentar la materia orgánica con 500 ml de agua destilada

9

7. Establecer unas series de muestras donde se mantiene una simulación de 100

ml y variar las cantidades de materia orgánica de 10gr, empezando en 3gr (con

agave) y de 5 gr empezando en 25 gr (con opuntia)

8. Se almaceno en un cuarto aislado para evitar contacto con la luz solar.

9. Se proporcionó un tiempo de 3 semanas para la biosorción del colorante.

10. Se analizaron las muestras utilizando el espectrofotómetro UV/VIS Modelo

Lambda 40 Marca PerkinElmer de Docencia del departamento de Ciencias

Básicas

e Ingeniería (CBI) de la UAM-I

11. Se filtró agua sin colorante y los lodos orgánicos con olor tipo azo.

13. El agua residual se ocupa para teñir nuevas telas.

Resultados

En los resultados obtenidos realizamos distintas concentraciones, ocupando una

simulación de agua residual (agua destilada-colorante), elaborando grupos con

diferentes concentraciones de nopal y agave (previamente hervidos),

permaneciendo en 100 ml de agua residual con 33gr, 43 gr, 53 gr y 63 gr agave

tequilana. 25 gr, 30 gr, 35 gr, y 40 gr de opuntia sp. Comprobando que la

biosorción más eficiente fue los 25g/100 ml de opuntia, y 53g/100 m de agave de

simulación.

Colorante (ml)

%V/V

Opuntia (gr)

%V/V

una semana después

2 semanas

3 semanas

100 100 25 0.25 sin cambios Al filtrar,se obtuvieron cambios positivos pues la absorción

10

aparentemente fue positiva.

100 100 30 0.3 sin cambios100 100 35 0.35 sin cambios 100 100 40 0.4 sin cambios

Figura 1. Primera semana chayote / nopal

Colorante (ml)

%V/V

Agave tequilana (gr)

%V/V

1 semanadespués

2 semanas

3 semanas

4 semanas

100 100 33 0.33 sin cambios

sin cambios

morado

100 100 43 0.43 sin cambios

sin cambios

morado

100 100 53 0.53 sin cambios

sin cambios

amarillo obscuro

100 100 63 0.63 sin cambios

morado color amarillo

11

12

Semana 1, maguey Semana 2, maguey Semana 3, maguey

Gráfica 1. Absorbancia de las muestras de los grupos experimentales en función de la concentración C (g/ml)

Conclusiones

Aunque todavía se siguen obteniendo resultados decidimos ocupar otro tipo de

materia orgánica (papa, chayote y rábano). Nos dimos cuenta que la proporción

correcta tanto del nopal de 25 g/100 ml y del maguey era de 0.53 gr por 100 ml. Al

incrementar la escala de 750 g por 500 ml respecto a la escala anterior concluimos

que es eficiente dicha proporción. Además tenemos pensado ocupar la materia

orgánica sobrante para producir papel a partir de la celulosa que este genere,

recordando que cualquier cosa orgánica tiene celulosa pero esta podría tener un

incremento de celulosa. El método que utilizamos es eficiente en cuanto a que se

lograron cambios positivos en el agua residual que fabricamos a partir de agua

destilada y colorantes textiles.

Aparato crítico:

FICHAS BIBLIOGRÁFICAS

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