estudio comparativo de la capacidad de adsorción de compuestos

ESTUDIO COMPARATIVO DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIÓN DE
COMPUESTOS DE PP/HARINA DE MADERA Y DE SUS COMPONENTES
D. R Reátegui1, 2 ; D. E. H. Hernandez1, 2 ; R. M. C. Santana2
[email protected]
1Universidad Nacional de Trujillo-UNT, Trujillo, Perú.
2 Universidade Federal do Rio Grande do Sul –PPGE3M
RESUMEN
La busca de nuevos materiales con propiedades adsorbentes para remediación de
derramamientos de óleos en ambientes marinos es cada vez mayor, en este sentido,
el objetivo del presente trabajo es evaluar la capacidad adsorbente de compuestos
de polipropileno (PP) y residuo de madera de especie itaúba (ITA), y de sus
componentes. Fueron utilizados PP provenientes de tapas de botellas de agua
mineral, y la harina de ITA cuyas granulometrías usadas fueron de 150 y 500 micras.
Los compuestos de PP/ITA (80/20) fueron extrusados y cortados en gránulos con
longitudes de 3mm; y envueltos en mallas de PP. El ensayo de adsorción fue
basado en la norma ASTM F726. La eficiencia de adsorción fue evaluada a través
de ensayos gravimétrico y morfológico. Los resultados mostraron mayor capacidad
adsorbente en los compuestos con ITA de 150 micras, entre 60 y 100 % por lo que
puede ser considerado un material adsorbente.
Palabras claves: adsorbente, fibra vegetal, PP, compuestos termoplásticos.
INTRODUCCION
Como un recurso importante de la energía, la alimentación y la industria
química, el petróleo ha sido ampliamente utilizado en nuestra vida diaria. Sin
embargo, también provoca contaminaciones durante las diversas etapas de su
producción, transporte y utilización (1). El vertido de petróleo al ambiente aumenta
cada año debido a las refinerías de petróleo, producción de alimentos, ingeniería
química y otros (2). La contaminación del agua por diferentes tipos de aceites ha
sido, y sigue siendo un problema específico y grave. Los aceites que se encuentran
en efluentes pueden ser aceite comestible, grasa, kerosene, lubricantes, combustible
diesel, gasolina, etc (3).
Estos contaminantes son no sólo una pérdida de aceite, sino también un efecto
adverso sobre la vida silvestre. Aunque se han desarrollado algunas tecnologías
avanzadas e introducido en el tratamiento de aguas aceitosas, tales como la
coagulación química, la microfiltración y la ultrafiltración (4-5), el costo inicial y de
funcionamiento es caro y limita la aplicación de estos métodos. Por lo tanto, es
necesario desarrollar una tecnología eficaz, económica y verde para hacer frente a
los contaminantes de aceites en agua.
Recientemente, el uso de varios tipos de adsorbentes orgánicos naturales
(fibras vegetales) es de especial interés debido a sus mayores capacidades de
adsorción, una mayor biodegradabilidad y la rentabilidad en comparación con los
absorbentes inorgánicos y orgánico sintéticos usados normalmente (6-9). Sin
embargo, sean abundantes y localmente disponibles con una buena capacidad de
absorción, aún son causa de investigación.
Congruente con ello, el objetivo del presente trabajo es evaluar la capacidad
adsorbente y rendimiento de un material reciclado hecho de polipropileno
proveniente de tapas de botellas y fibra vegetal de la especie Mezilaurus itauba
recolectado como residuo de industrias madereras para contribuir en el desarrollo de
nuevos tipos de bioadsorbentes efectivos, económicos y verdes para la remoción de
contaminantes de óleo en agua.
MATERIALES Y MÉTODOS
Materiales
Fueron usado dos tipos de materiales: PP (polipropileno) y residuos de fibra
vegetal (FV) de la especie Mezilaururs itauba conocida comúnmente como itaúba.
Los residuos de FV fueron molidos y separados granulométricamente en tamaños de
150 y 500 µm. Los residuos de PP provinieron de tapas de botellas de gaseosas y
fueron triturados para poder ser extrusados.
Procesamiento del material adsorbente
Los compuestos de PP y FV fueron misturados y procesados en una extrusora
monorosca de marca CIOLA, modelo MEP- 18, en una proporción única de PP/FV –
80/20, con perfil de temperatura de 140 a 190 °C y velocidad de la rosca 50 rpm.
Luego el extrusado de los compuestos de PP/FV y de PP sin FV añadida, con
diámetro medio de 2 mm fue cortado en tamaños de 3 mm de largo. Luego el
material adsorbente fue envuelto en mallas de PP virgen. (Ver figura1).
Ensayo de adsorción de oleo
Las muestras fueron ensayadas basadas en la norma ASTM
F726-12 y
clasificadas como adsorbentes del tipo III por el uso de una malla. El material
adsorbente (MA) envuelto en las mallas de PP fue agregado sobre la superficie del
líquido oleoso (LO) en proporción peso MA/LO (3/4). El tiempo de permanencias de
este MA fue de 10 min. Luego fue retirado con un tiempo de escurrimiento de 2 min
según la norma usada (Ver figura 2).
Figura 1. Adsorbente tipo III usada en el ensayo de adsorción de óleo.
(a)
(b)
(c)
Figura 2. Ensayo de adsorción de óleo. (a) Agua y óleo SAE 90 antes de la
adsorción. (b) Durante la adsorción y aglomeración de óleo. (c) Después de la
adsorción.
También fueron ensayados en forma separada los componentes del
adsorbente, estos incluyeron: la malla de PP, el aserrín de itaúba para las
granulometrías de 150 y 500 μm, y los absorbentes de granulometría cero (gránulos
de PP) como es visualizado en la Figura 3. En el caso de las muestras de FV, estas
fueron llevadas a la estufa debido a que absorbieron bastante agua.
(a)
(b)
(c)
Figura 3. Ensayo de adsorción de: (a) PP virgen. (b) malla. (c) Izquierda: FV de
500μm. Derecha: FV de 150 μm.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Eficiencia de adsorción del MA y sus componentes.
La figura 4 presenta los resultados de adsorción del MA y sus componentes. El
MA con FV 150 μm consiguió retener más óleo que el de 500 μm. Además el
porcentaje de adsorción alcanzado por el MA – 150 μm sobrepasó el 100% por lo
que debió adsorber agua. Respecto a la harina de madera de 150 y 500 μm
presentaron una variación considerable en la capacidad de retención de óleo. La FV
de 150 mostró una eficacia de un poco más de 80% mientras que la FV de 500 solo
consiguió retener algo de 60% de óleo. Nótese que la FV vegetal no alcanza valores
tan altos de adsorción cuando comparado a los compuestos de MA.
Figura 4. Resultados del ensayo de adsorción del MA y sus componentes.
De otro lado, el PP alcanzó una adsorbancia de casi el 70 %, sin embargo
como fue mostrado en la figura 3, este fue testado con la malla, por lo que si
restamos el porcentaje de adsorción de la malla, este resulta ser un 25 % menos. Se
puede entonces confirmar que, ni tanto el PP puro y ni la FV por sí solo, consiguen
alcanzar valores de adsorción por encima del 90%, demostrándose que la
combinación de ambos componentes genera una sinergia en la capacidad de
retención de óleo y mejora del rendimiento.
Es conocido que el PP es usado como material absorbente en derrames de
petróleo por su alta afinidad de atracción con el petróleo. Esto fue comprobado en el
ensayo de adsorción (Figura 3.a); sin embargo en el tiempo de escurrimiento perdió
buena cantidad de óleo que tenía aglomerado. Por otro lado, el uso de la FV generó
una estructura porosa y una superficie rugosa en el MA que permitió dar aquella
capacidad de retención que el PP puro por sí solo no tenía (Ver Figura 5).
Figura 5. Diferencias entre la estructura de la superficie del MA de PP puro y el MA
con FV – 150 μm.
Es cierto que puede mejorarse la técnica de recojo de PP puro en la
recuperación de óleo, sin embargo la idea de reemplazar parte del PP, un derivado
del petróleo, con FV proveniente de residuos madereros; disminuiría el costo del
adsorbente reduciría el consumo de petróleo. Esto mejoraría aún más, si el PP
procede del reciclaje de residuos como por ejemplo tapas de botellas usadas;
promoviendo así el uso de materiales más amigables con el ambiente.
Con respecto a la contribución de la malla en la adsorción de óleo, se observó
en microscopio que su apoyo resulta ser en realidad poca pues la malla antes y
después del ensayo no presentó mucha retención de óleo; sin embargo fue
observado que la mayor retención de óleo se encontraba alrededor del hilo que
amarraba la malla. Aunque la malla fuese de PP no consiguió retener mucho óleo
debido a que la pierde en el momento de escurrimiento, mas no se puede despreciar
su importancia como apoyo en el recojo del adsorbente. La figura 6 muestra lo
mencionado.
Figura 6. Hilo de la malla del MA antes y después del ensayo de adsorción.
CONCLUSIÓN
El uso del adsorbente hecho con PP reciclado y FV de itaúba proveniente de
residuos madereros mostró eficiencias cercanas al 100 % de retención de óleo. De
la evaluación de los componentes del MA se demostró que cada uno de ellos no
consigue alcanzar valores altos de adsorción cuando actúan separadamente, de ahí
que resulta necesario su mistura para mejorar el rendimiento. Esto al mismo tiempo
reduciría el uso de PP y promoviera el reciclaje de itaúba, pudiendo ser usado en la
recuperación de óleos y siendo su principal ventaja ser un producto amigable al
ambiente.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen el apoyo financiero de la bolsa PIBIC-CNPQ. Así como al
Laboratorio de Materiais Poliméricos-LAPOL y al Laboratorio de Biociências de la
UFRGS.
REFERENCIAS
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COMPARATIVE STUDY OF ADSORPTION CAPACITY OF COMPOUNDS PP /
WOOD FIBER AND ITS COMPONENTS
ABSTRACT
The search for new materials with adsorbent properties for remediation of spills of
oils in marine environments is increasing, in this sense; the objective of this work is to
evaluate the adsorptive capacity of polypropylene compounds (PP) and waste wood
species Itaúba (ITA), and its components. They were used PP caps from bottles of
mineral water and fiber of ITA whose grain sizes were 150 and 500 microns.
Compounds PP / ITA (80/20) were extruded and cut into pellets with lengths of 3mm;
and wrapped in PP meshes. The adsorption test was based on ASTM F726.
Adsorption efficiency was assessed by gravimetric and morphological assays. The
results showed higher adsorbing capacity in compounds with ITA of 150 microns,
between 60 to 100% which may be considered an adsorbent material.
Keywords: adsorbent, vegetable fiber, PP, thermoplastic compounds.