Materiales híbridos a partir de biomasa lignocelulósica como herramientas eficientes para remediación ambiental - Burbano Patiño, Aura Alejandra (2024)
Esta investigación se centra en la conversión de residuos lignocelulósicos en materiales de alto valor añadido: nanocompuestos formados por materiales carbonosos y nanopartículas de Fe3O4/γ-Fe2O3. Estos materiales tienen dos aplicaciones principales: como adsorbentes para la purificación de aguas y como catalizadores para la extracción de metales del suelo. A continuación se detalla el contenido de cada capítulo: El capítulo 1 presenta una revisión bibliográfica exhaustiva de los conceptos fundamentales de la investigación. Se inicia con el estudio de la valorización de residuos de biomasas lignocelulósicas, haciendo énfasis en las biomasas específicas utilizadas en este trabajo. Se describen los procesos de transformación de estas biomasas en bio e hidrocarbones mediante dos tratamientos termoquímicos: pirólisis y carbonización hidrotermal (HTC). Posteriormente, se analizan las nanopartículas de óxidos de hierro, sus propiedades características y aplicaciones, con especial atención a su incorporación en matrices carbonosas para la formación de nanocompuestos. El capítulo también aborda el uso de los nanocompuestos en áreas como: la remediación de fuentes hídricas y los procesos hidrometalúrgicos empleados en la extracción de metales de suelos mineros. El capítulo concluye con el planteamiento de la hipótesis y los objetivos de la investigación. El capítulo 2 detalla los procedimientos experimentales desarrollados en la investigación. En primer lugar, se presentan los métodos de preparación y síntesis tanto de los materiales carbonosos como de los nanocompuestos. Posteriormente, se exponen los protocolos experimentales empleados en los ensayos de adsorción de diversos contaminantes: arsénico, verde malaquita, lidocaína y diclofenac. Finalmente, se precisa el proceso hidrometalúrgico utilizado para la extracción de metales de interés a partir de muestras de suelo. El capítulo 3 aborda las diversas técnicas de caracterización empleadas para el estudio textural, superficial y estructural de los materiales carbonosos y nanocompuestos, explicando sus fundamentos teóricos y su relevancia en la investigación. Asimismo, se detallan las técnicas analíticas utilizadas para cuantificar los contaminantes (arsénico, verde malaquita, lidocaína y diclofenac) en los ensayos de adsorción, así como los métodos específicos para la determinación de metales como Cu, Zn, As, Co y Sb en los ensayos hidrometalúrgicos. El capítulo 4 presenta un análisis comparativo de los bio e hidrocarbones obtenidos mediante dos procesos termoquímicos diferentes: pirólisis y carbonización hidrotermal (HTC), utilizando como materias primas la cáscara de girasol y residuos de naranja. El estudio se centra en evaluar y contrastar las propiedades superficiales y estructurales de los materiales carbonosos resultantes de ambos procesos. El capítulo 5 analiza las propiedades de los nanocompuestos sintetizados mediante la incorporación de nanopartículas de Fe3O4/γ-Fe2O3 en las matrices carbonosas. La caracterización exhaustiva de sus propiedades superficiales, estructurales y magnéticas fundamenta su posterior aplicación en dos áreas específicas: la adsorción de contaminantes en medios acuosos y la extracción de metales de suelos mineros. El capítulo 6 se centra en evaluar el desempeño de los materiales carbonosos y nanocompuestos previamente sintetizados y caracterizados en la remoción de contaminantes orgánicos e inorgánicos en agua. El estudio comprende el análisis de las cinéticas de adsorción, el ajuste a modelos cinéticos específicos y la investigación de las posibles interacciones entre los contaminantes y los materiales adsorbentes. El capítulo 7 aborda dos aspectos principales: la caracterización de materiales carbonosos sulfonados y su aplicación como catalizadores en procesos hidrometalúrgicos. Específicamente, se evalúa su eficacia en la extracción de metales de interés a partir de muestras de suelo minero, analizando la influencia de diversas variables operacionales en el proceso. Por último, el capítulo 8 presenta una síntesis de los hallazgos principales de la investigación y formula las conclusiones generales de la tesis. Adicionalmente, se proponen líneas de investigación futuras y posibles desarrollos derivados de este trabajo.