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La investigación se desarrolló con arcilla proveniente del municipio de Armero-Guayabal (Tolima). Fotos: Paula Andrea Henao Aguirre, estudiante de la Maestría en Ingeniera Química UNAL Sede Manizales.

Estructura típica de una arcilla tipo montmorillonita.

Método de pilarización o impregnación de la arcilla.

Montaje de reacción para la evaluación catalítica de arcillas modificadas para el colorante rojo Ponceau 4R.

Vertimientos industriales en la quebrada Manizales.

Cerca de un 70 % de los colorantes sintéticos como el color mencionado son de tipo azoico, es decir compuestos que presentan una coloración intensa y son utilizados en la mayoría de los procesos industriales relacionados con la industria textil y de alimentos.

Se estima que del 2 al 50 % de estos compuestos se desechan en las aguas residuales y se consideran contaminantes persistentes que no se pueden remover con los métodos convencionales de tratamiento de aguas. Por su origen y estructuras complejas, pueden tener una vida media de 133 días expuesto a la luz solar, por lo cual su vertimiento constituye un riesgo para el medioambiente.

Paula Andrea Henao Aguirre, estudiante de la Maestría en Ingeniería Química de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales, evalúo el potencial catalizador de la arcilla tipo bentonita, impregnada con diferentes mezclas para la oxidación del colorante rojo Ponceau 4R, en condiciones específicas de temperatura y presión atmosférica.

Según la estudiante “las arcillas impregnadas o pilarizadas tienen alto potencial debido a su elevada área superficial, volumen y tamaño de poros considerables, alta estabilidad mecánica y térmica; además por la variedad de metales que se pueden incorporar en la estructura del mineral, ya que es expandible y de fácil modificación”.

Proceso de degradación

En la investigación se trabajó con arcilla proveniente de Armero-Guayabal (Tolima), de tipo montmorillonita con alto contenido en óxido de hierro.

La arcilla bruta se molió y secó en un horno a 60 °C durante 36 horas. El material final se suspendió en agua con 5 % de concentración en masa y después se pasó por una celda de sedimentación gravimétrica, donde se recupera la mayor parte del material limpio.

“En esta parte, la bentonita recuperada y ya purificada se centrifugó a 5.000 rpm durante 10 minutos y se llevó nuevamente a secado a 60 °C por 12 h, tamizándola en malla número 100”. La arcilla purificada se dispersó en 5 litros de solución acuosa de cloruro de sodio (NaCl) durante 24 h.

En los ensayos de oxidación se realizaron pruebas de adsorción del colorante rojo Ponceau 4R sobre las arcillas pilarizadas con catalizador aluminio-hierro (Al-Fe) durante 5 h, lo cual permitió determinar que la adsorción se estabiliza a los 30 min de contacto. “Después de este tiempo adicionamos el peróxido de hidrógeno (H₂O₂) como agente oxidante”.

La actividad catalizadora de las Al-Fe se evaluó en la oxidación del colorante teniendo como variables la cantidad del agente oxidante (H₂O₂) y la concentración de hierro empleada en la síntesis de los materiales.

“Según la relación identificada entre los reactivos y los materiales en la reacción de oxidación del rojo analizado, 1 mol (cantidad de materia) de colorante requiere 51 mol de peróxido de hidrógeno (H₂O₂) para lograr la oxidación completa a 20 moles de dióxido de carbono (CO₂), 54 moles de agua (H₂O), 2 moles de ácido nítrico (HNO₃) y 3 moles de bisulfato de sodio (NaHSO₄)”, explicó la ingeniera química. Con estas combinaciones la decoloración varió entre el 19,6 y 38,6 %”.

Variación en la degradación

Con el fin de encontrar mejores resultados, se realizaron experimentos aumentando en 2, 4, 8 y 12 veces la cantidad del H₂O₂ sobre la decoloración y degradación del colorante rojo. “Este proceso incrementó la degradación a valores entre 81,47 y 93,58 %, y la decoloración al 95,34 %”.

Según la Resolución 0631 de 2015 del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, las concentraciones máximas de hierro en este tipo de aguas podrán ser de hasta 5 miligramos por litro. “Considerando las bajas concentraciones de hierro en los procesos catalizadores en las reacciones de oxidación, se puede concluir que este tipo materiales son una alternativa para el tratamiento de aguas residuales”, asegura la investigadora.