Maestría en Ingeniería · 2024
Desarrollo de un material bionanocompuesto a base de sílice y acetato de celulosa, obtenido de desechos agroindustriales para la eliminación de colorantes en agua
La contaminación del agua representa un desafío ambiental que impacta diversas áreas de Colombia y del mundo en general. Específicamente, los elementos contaminantes de origen orgánico representan un obstáculo considerable cuando sus niveles se elevan, dado que pueden perjudicar la salud humana. Dentro de esta categoría, los colorantes son un tipo especial de contaminantes orgánicos cuya presencia en el ambiente proviene mayoritariamente de la liberación descontrolada por parte de sectores como la industria textil, farmacéutica y alimentaria, entre otros. Otro problema recae es el desaprovechamiento de residuos agroindustriales, la producción y procesamiento de alimentos y productos agrícolas generan estos residuos. Resultan preocupantes debido a su considerable volumen. Un ejemplo de esto es la cascarilla de arroz, que constituye alrededor del 20% del peso total del arroz producido y se considera un subproducto desaprovechado de la industria arrocera. Igualmente, el pergamino del café, un subproducto generado en la transformación del café, que se caracteriza por su alto valor calórico y suele utilizarse como combustible para secar el café. Sin embargo, este subproducto contiene también una cantidad significativa de celulosa, una propiedad desaprovechada por la industria cafetera.
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Contenido
- INTRODUCCIÓNp. 16
- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAp. 21
- PREGUNTA DE INVESTIGACIÓNp. 23
- OBJETIVOSp. 24
- OBJETIVO GENERALp. 24
- OBJETIVOS ESPECÍFICOSp. 24
- JUSTIFICACIÓNp. 25
- ANTECEDENTESp. 26
- MARCO TEÓRICOp. 29
- CASCARILLA DE ARROZp. 29
- PERGAMINO DE CAFÉp. 30
- CELULOSAp. 31
- ACETATO DE CELULOSAp. 31
- BIOPOLÍMEROSp. 32
- CONTAMINACIÓN DEL AGUAp. 33
- Osmosis Inversap. 33
- Absorciónp. 33
- Adsorciónp. 34
- NANOPARTÍCULASp. 34
- Nanopartículas de Sílicep. 35
- AZUL DE METILENO (AM)p. 35
- METODOLOGÍAp. 37
- MATERIALESp. 37
- SOLUCIÓN ACUOSA, UTILIZANDO NANOPARTÍCULAS DE SÍLICEp. 38
- Obtención de Nanopartículas de Sílicep. 38
- Caracterización Nanopartículasp. 38
- Curva de Calibración del Azul de Metilenop. 38
- Diseños de Experimentosp. 39
- CELULOSA REFORZADO CON NANOPARTÍCULAS DE SÍLICEp. 45
- Acetilación de la Celulosap. 46
- Grado de Acetilaciónp. 47
- Fabricación Biocompuestosp. 47
- PROPIEDADES FÍSICASp. 49
- Técnicas de Caracterizaciónp. 51
- METILENO POR PARTE DE LOS FILMS BIOCOMPUESTOSp. 53
- RESULTADOSp. 56
- SOLUCIÓN ACUOSAp. 56
- Nanopartículasp. 34
- Calibración Azul de Metileno (AM)p. 59
- Diseño de experimentos (DOE)p. 60
- CELULOSA REFORZADOS CON NANOPARTÍCULAS DE SÍLICEp. 93
- Acetilación celulosap. 93
- Grado de acetilación (DS)p. 94
- Fabricación biocompuestosp. 47
- Espesorp. 49
- Hinchamiento (SI)p. 96
- Solubilidad (WS)p. 96
- Ángulo de contactop. 50
- Difracción de rayos X (XRD)p. 51
- Espectroscopia infrarroja por transformada de fourier (FTIR)p. 98
- 9.2.10 Espectroscopía Ramanp. 100
- 9.2.11 Microscopía electrónica de barrido (SEM)p. 101
- METILENO POR PARTE DE LOS BIOCOMPUESTOSp. 105
- Experimentos de adsorciónp. 105
- Experimentos de desorciónp. 110
- Difracción de rayos X (XRD)p. 51
- Espectroscopia Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR)p. 98
- CONCLUSIONESp. 115
- 10 RECOMENDACIONESp. 118
- 11 BIBLIOGRAFÍAp. 119
- 12 ANEXOSp. 137
- 13 PARTICIPACIÓN EN EVENTOS DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICAp. 143
- referencia [82]p. 29
- Figura 2. Sección Longitudinal del Café Cereza, tomado de [35]p. 31
- nanotechnology-basedp. 35
- [109]p. 36
- Figura 5. Acetilación celulosap. 46
- Figura 6. Grado de titulaciónp. 47
- Figura 7. Fabricación biocompuestosp. 48
- Figura 8. Micrómetro, tomado de [121]p. 49
- Figura 9. Diseño experimental de ángulo de contacto, tomado de [35]p. 51
- biocompuestosp. 55
- biocompuestosp. 55
- Figura 12. Nanopartículas de sílicep. 56
- Figura 13. Difracción de rayos X Nanopartículas de sílicep. 57
- Distribución de tamaños de las NPs, la línea continua representa el ajustep. 58
- Figura 15. Calibración AM a) Graficas UV-VIS b) Ajuste linealp. 59
- Pareto Capacidad de adsorciónp. 60
- contorno para los factores A y B y el factor C en su nivel alto. (d) Gráficop. 62
- contorno para los factores A y B y el factor C en su nivel alto. (d) Gráficop. 62
- Figura 19. Comprobación experimentalp. 65
- d) Capacidad de adsorción e) Diagrama de Pareto Capacidad de adsorciónp. 66
- contorno para los factores A y B y el factor C en su nivel alto. (d) Gráficop. 62
- contorno para los factores A y B y el factor C en su nivel alto. (d) Gráficop. 62
- adsorciónp. 34
- adsorciónp. 34
- contorno para los factores A y B y el factor C en su nivel alto. (d) Gráficop. 62
- contorno para los factores A y B y el factor C en su nivel alto. (d) Gráficop. 62
- Capacidad de adsorción e) Diagrama de Pareto Capacidad de adsorciónp. 81
- contorno para los factores A y B y el factor C en su nivel alto. (d) Gráficop. 62
- contorno para los factores A y B y el factor C en su nivel alto. (d) Gráficop. 62
- Capacidad de adsorción e) Diagrama de Pareto Capacidad de adsorciónp. 81
- significativas test de Dunn c) Porcentaje de reducción d) Capacidad de adsorciónp. 90
- realizados en la Fase 1 a) Finalizado el experimento b) Finalizada la centrifugaciónp. 92
- 20% de NPs e) molde biocompuestosp. 95
- Solubilidad de los biocompuestosp. 95
- Figura 36. Ángulo de contacto de los biocompuestosp. 97
- reforzados con nanopartículas de sílicep. 98
- – Vista Npsp. 99
- Fourierp. 100
- 5%, C) Biocompuesto 10%, D) Biocompuesto 20%p. 101
- Biocompuesto 5%, C) Biocompuesto 10%, D) Biocompuesto 20%p. 102
- ampliación de X1500 para los biocompuestosp. 102
- 20% X500, H) Biocompuesto 20%p. 103
- no porosa, F) Biocompuestop. 104
- minutosp. 105
- adsorción de cada biocompuesto vs Tiempo (60 minutos)p. 107
- adsorción de cada biocompuesto vs Tiempo (180 minutos)p. 108
- Figura 48. Calibración AM en alcohol a) Graficas UV-VIS b) Ajuste linealp. 110
- Tiempo 180 minutosp. 111
- Figura 50. Porcentaje de desorción de cada biocompuesto pasado 24 horasp. 112
- reforzadas con nanopartículas de sílice más azul de metilenop. 113
- biocompuestos más azul de metilenop. 114