Química · 2026
Reforzamiento de un bionanocomposito de fibras de fique y nanopartículas de magnetita con nanocelulosa y sus efectos en la eliminación de colorantes en aguas
La contaminación del agua por efluentes de la industria textil representa un grave problema ambiental, debido a la presencia de compuestos tóxicos y colorantes persistentes. En este estudio, se buscó aumentar la durabilidad de un catalizador ecológico basado en fibras de fique y nanopartículas de magnetita (Fe₃O₄), mediante su reforzamiento con nanocelulosa oxidada vía TEMPO (TOCN). El bionanocomposito (BNC) fue recubierto con soluciones de TOCN (0.1% y 0.2% m/m) utilizando congelamiento direccional, y se evaluó su desempeño en la degradación del índigo carmín bajo condiciones Fenton heterogéneas. Se alcanzaron eficiencias de remoción del 99% en soluciones ideales y hasta un 68% en aguas residuales reales. El recubrimiento con TOCN incrementó la estabilidad estructural, redujo la lixiviación de hierro en un 55% y prolongó la reutilización del catalizador, otorgándole así una mayor durabilidad catalítica a lo largo de 30 ciclos de reuso. Estos resultados demuestran que el reforzamiento con nanocelulosa constituye una estrategia efectiva para extender la vida útil de los bionanocompositos y potenciar su aplicación en la remediación ambiental a gran escala.
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Contenido
- Introducciónp. 11
- 1. Cuerpo del trabajop. 14
- 1.1 Marco referencialp. 14
- 1.1.1 Fique…………p. 14
- 1.1.2 Bionanocompositop. 15
- 1.1.3 Reforzamiento con Nanocelulosap. 17
- 1.1.4 Congelamiento direccionalp. 20
- 1.1.5 Aspectos del recubrimientop. 21
- 1.1.6 Técnicas de caracterización utilizadasp. 23
- 2. Antecedentesp. 24
- 3. Objetivosp. 28
- 3.1. Objetivo Generalp. 28
- 3.2. Objetivos Específicosp. 28
- 4. Metodologíap. 29
- fique y nanopartículas de Fe3O4 reforzado con nanocelulosap. 29
- 4.1.1 Pretratamiento de las fibras de fiquep. 29
- 4.1.2 Síntesis del bionanocomposito (BNC)p. 29
- 4.1.3 Tratamiento de fibras de fique, deslignificación y extracción de nanocelulosap. 29
- (TOCN)………………p. 30
- 4.1.5 Caracterización de TOCNp. 31
- 4.1.5.1 Titulación conductimétricap. 31
- 4.1.5.2 Potencial Z (𝜻)p. 32
- 4.1.6 Caracterización del bionanocomposito antes y después del reforzamientop. 32
- 4.1.6.1 Difracción de Rayosp. 32
- 4.1.6.2 Microscopía electrónica de barrido (SEM)p. 33
- 4.1.6.3 Análisis elemental por fluorescencia de rayos X (TXRF)p. 33
- soluciones modelo y realesp. 33
- 5. Resultados y discusiónp. 35
- 5.3 Caracterización del bionanocompositop. 35
- 5.3.1 Microscopía electrónica de barrido (SEM)p. 33
- 5.3.2 Difracción de rayos X (DRX)p. 39
- 5.3.3 Obtención de nanocelulosa (TOCN)p. 42
- 5.3.4 Oxidación vía TEMPO, tratamiento mecánico y titulación conductimétricap. 44
- 5.3.5 Potencial Z (𝜻)p. 32
- 5.3.6 DLS (Dynamic Light Scattering) par TOCNp. 48
- 5.3.7 Reforzamiento del materialp. 50
- 5.3.8 Ensayos de remociónp. 50
- 5.3.8.1 Ensayos de remoción de índigo carmínp. 50
- 5.3.8.2 Ensayos de remoción de aguas realesp. 61
- Referencias Bibliográficasp. 67
- Tabla 1 Reflexiones teóricas de los principales óxidos de hierrop. 41
- empleadap. 48
- Tabla 3 Desempeño de los materiales en función del número de ciclos de reutilizaciónp. 59
- Figura 1 Planta de fique Furcraea andinap. 14
- Figura 2 Proceso de oxidación tipo Fenton heterogéneop. 16
- Figura 3 Mecanismos de Reacción del Radical Hidroxilo (•OH)p. 17
- Figura 4 Estructura molecular de la celulosap. 18
- Figura 5 Clasificación de las fibras con su respectiva micrografía SEMp. 37
- Figura 6 Clasificación de los bionanocompositos con su respectiva micrografía SEMp. 38
- Figura 7 Patrones experimentales y teórico de difracción de óxidos de hierrop. 40
- Figura 8 Deslignificación de la fibra de fiquep. 43
- Figura 9 Mecanismo de oxidación de celulosa utilizando un sistema TEMPO/NaBr/NaClOp. 46
- Figura 10 Distribución de tamaño de partícula de TOCNp. 49
- Figura 11 Degradación del colorante índigo carmínp. 52
- Figura 12 Estructura molecular del índigo carmínp. 52
- Figura 13 Ejemplo de espectro UV-Vis de los ensayos de remoción con índigo carmínp. 53
- nanopartículas de Fe3O4p. 57
- Figura 17 Ejemplo de espectro UV-Vis de los ensayos de remoción con aguas realesp. 62
- Figura 18 Ensayos de remoción del índigo carmín a partir de aguas residuales realesp. 63