Eliminación de contaminantes emergentes presentes en aguas mediante adsorción en lecho fijo

Resumen

El presente trabajo se enmarca dentro de la línea de investigación que se viene desarrollando en el grupo de investigación de Catálisis y Procesos de Separación (CyPS) del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad Complutense de Madrid, enfocada en el tratamiento de aguas residuales de carácter urbano e industrial. En concreto, en el desarrollo de esta Tesis Doctoral se ha participado en diversos proyectos, como el Programa Consolider- Ingenio 2010, dentro del que se encuadra el Proyecto ¿Tratamiento y reutilización de aguas residuales para un desarrollo sostenible -TRAGUA¿ del Ministerio de Economía y Competitividad, así como la ¿Red madrileña de tratamientos avanzados de aguas residuales con contaminantes no biodegradables-REMTAVARES¿ de la Comunidad de Madrid.En este contexto, se ha estudiado la adsorción de seis contaminantes emergente, pertenecientes a las categorías de estimulante -cafeína-, fármacos: -atenolol, diclofenaco, carbamazepina y flumequina- y pesticida ¿isoproturon-, sobre diferentes adsorbentes: materiales carbonosos comerciales y sintetizados y arcillosos -sepiolita-. Asimismo, se ha evaluado la adsorción competitiva del sistema cafeína-diclofenaco en uno de los carbones activados comerciales, así como la adsorción de cafeína presente en matrices acuosas reales, en concreto, agua de red y agua residual de origen farmacéutico.Los experimentos de adsorción se llevaron a cabo tanto en modo discontinuo como en columnas de lecho fijo. Se ha realizado, asimismo, la caracterización textural, morfológica y de la química superficial de los adsorbentes empleados, a través de diferentes técnicas: fisisorción de N2 a 77 K, microscopía electrónica de barrido, espectroscopía de infrarrojo por tranformada de Fourier, descomposición térmica programada, determinación de punto isoeléctrico y punto de carga cero y valoración potenciométrica con n-butilamina.En los experimentos de adsorción de cafeína en discontinuo se han determinado el tiempo de equilibrio y las isotermas de adsorción para carbón activado F-400, tela de carbón comercial, nanofibras y nanotubos de carbono, materiales carbonosos sintetizados y sepiolita. El carbón F-400 condujo a la mayor capacidad de adsorción, 280 mg.g-1. En los experimentos en dinámico, la tela de carbón, debido a su conformación textural, presentó una cinética más rápida, aunque menores capacidades de adsorción. La adsorción de diclofenaco se ha estudiado sobre carbón activado F-400, carbones sintetizados y nanotubos y nanofibras, tanto en discontinuo como continuo, excepto en el último caso, en que únicamente se trabajó en modo discontinuo. El carbón F-400 presentó las capacidades de adsorción más elevadas: 443 mg.g-1 en los experimentos en equilibrio y 163 mg.g-1 en adsorción en columna. En general, los procesos de adsorción de diclofenaco se caracterizaron por presentar elevadas resistencias difusionales, debidas a efectos de impedimento estérico.Los estudios de adsorción de atenolol se llevaron a cabo en discontinuo y columna sobre carbón F-400 y únicamente en discontinuo sobre nanofibras y nanotubos de carbón. La isoterma de adsorción del sistema atenolol-carbón activado F-400 presentó forma sigmoidea, con dos monocapas de saturación y una capacidad máxima de adsorción de 202 mg.g-1. En el caso de la adsorción de carbamazepina, fue estudiada sobre carbón activado F-400 y sobre los materiales carbonosos sintetizados, tanto en discontinuo como en modo dinámico. La isoterma de de adsorción de carbamazepina sobre carbón F-400 presentó una capacidad máxima de 498 mg.g-1. En los experimentos en columna, el carbón activado F-400 también ofreció mejores capacidades de adsorción y menores longitudes de la zona de transferencia de materia.