Evaluación de exoesqueletos de camarones y sus carbonizados como descontaminantes para reducir su impacto ambiental

Abstract

RESUMEN: En el presente trabajo se evaluó el poder adsorbente de los exoesqueletos de camarones secos pulverizados y sus carbonizados activados con diferentes agentes químicos. Estos se retaron con respecto a algunos contaminantes como el cristal violeta y el acetaminofén, este último por ser uno de los fármacos de mayor dispensación y consumo. Los exoesqueletos pulverizados se carbonizaron a 500°C y posteriormente se activaron con tres agentes químicos (H 3 PO 4 , NaOH y ZnCl 2 ), obteniéndose trece derivados diferentes, más los materiales de partida, a los cuales se les evaluaron su capacidad descontaminante comparado con un carbón activado comercial. Se realizaron pruebas de densidad verdadera y aparente, porosidad y contenido de humedad, seguido de ensayos de remoción de cristal violeta en medio acuoso. Según los resultados de microscopía electrónica de barrido, los mejores adsorbentes como el CA2, CA4 y CAC, exhibieron partículas más fragmentadas y amorfas, lo cual es acorde a los resultados de área superficial específica, en los cuales dichos materiales también arrojaron los mejores valores. Por el contrario, el adsorbente con menor desempeño (CA3) reveló formas cristalinas, más enteras y sin observarse porosidad, siendo también uno de los materiales con menor valor de área superficial específica y menor porosidad. Pruebas de titulación de Boehm detectaron la presencia predominante de grupos funcionales ácidos, principalmente en los materiales activados con H 3 PO 4 , lo cual, complementado con las pruebas de punto de carga cero, todos los materiales estudiados mostraron un valor de PZC en el rango ácido, por lo cual a los valores de pH en los que se desarrollaron las pruebas, su carga neta de ionización fue negativa, permitiendo su interacción electrostática con las cargas positivas del cristal violeta. Comparaciones entre los espectros FT-IR tomados a los analitos y a estos tras su adsorción con CAC, EE y CA2, sugieren la formación de enlaces de hidrógeno, principalmente en la remoción de acetaminofén. Igualmente, en el caso del cristal violeta se evidencia la formación de enlaces de hidrógeno como uno de los mecanismos de remoción por el CAC. Esta prueba también confirmó que los procesos de remoción fueron mediados por adsorción física. Palabras clave: Exoesqueleto, adsorbente, carbón, isoterma, acetaminofén.

ABSTRACT: In the present work we test the adsorption capacity of pulverized dry shrimp shells exoskeletons and its carbonized activated with different chemical agents. These were challenged regarding to some considered emerging pollutants, such as crystal violet and acetaminophen, the latter for being one of the most dispensed and consumed medications. The pulverized exoskeletons were carbonized at 500°C and subsequently activated with three chemical agents (H 3 PO 4 , NaOH and ZnCl 2 ), obtaining thirteen different derivatives, plus the starting materials, which were evaluated for their decontaminating capacity in comparison with a commercial activated carbon. Tests of true and apparent density, porosity and humidity content were performed, followed by tests of crystal violet removal in aqueous medium. According to the results of scanning electron microscopy, the best adsorbents such as CA2, CA4 and CAC, exhibited more fragmented and amorphous particles, which is consistent with the results of specific surface area, in which these materials also showed the best values. In the opposite case, the adsorbent with lower performance (CA3) revealed crystalline forms, more complete particles and no observable porosity, being also one of the materials with lower value of specific surface area and lower porosity. Boehm's method detected the predominant presence of acid functional groups, mainly in the materials activated with H 3 PO 4 , which, according with the results of point of zero charge test, all the studied materials showed acid PZC values, thus, at the pH values in which the tests were performed, its net charge of ionization was negative, allowing its electrostatic interaction with the positive charges of the crystal violet. Comparisons between FT-IR spectra taken to pure analytes and after its adsorption with CAC, EE and CA2 suggest the formation of hydrogen bonds, particularly in the removal of acetaminophen. Likewise, in the case of crystal violet, the formation of hydrogen bonds is evidenced as one of the mechanisms of removal by the CAC. This test also confirmed that the removal processes were mediated by physical adsorption. Keywords: Exoskeleton, adsorbent, carbon, isotherm, acetaminophen.