Obtención de ligninas alcalinas modificadas por medio de agentes oxidantes.

Abstract

El empleo de materiales biológicos como biosorbentes de metales tóxicos ofrece una alternativa económica a los métodos y procesos ya existentes para la estoxificación y recuperación de metales pesados presentes en corrientes líquidas. En este sentido se propuso el empleo de la lignina como adsorbente de los metales Ni+2 y V+5 provenientes de licores ácidos (LIM) producidos de la desmetalización y desulfuración del coque de petróleo obteniendo resultados prometedores. Para optimizar el proceso de adsorción del Níquel y el Vanadio con la lignina se propuso aumentar la cantidad de grupos oxidativos en la superficie que pueden reaccionar con los metales. Lográndose esto mediante la oxidación de las cadenas hidrocarbonadas con la ayuda de agentes oxidantes como lo son el KMnO4 y por tratamiento térmico con aire, produciendo así mas sitios de adsorción de iones metálicos y por ende se incrementaría la capacidad adsortiva de la lignina. Para lograr este objetivo se realizó el diseño de procedimientos experimentales capaces de modificar la lignina por las siguientes alternativas: a) El método directo, el cual consiste en poner en contacto el agente oxidante con la lignina. b) tratamiento térmico utilizando aire caliente y c) vapor de agua. Por otra parte se buscó determinar qué efectos tienen sobre la oxidación algunas variables de operación, tales como: concentración del agente oxidante, cantidad de agente oxidante, tiempo de oxidación, esto mediante el empleo de “Diseño Factorial 2k”y por tratamiento térmico, se desea que estas mismas condiciones generen la mejor capacidad adsorbente. Para la aplicación de estas alternativas a nivel de laboratorio se tuvo que llevar a cabo el montaje de los equipos correspondientes al proceso de modificación de la lignina y desarrollar las pruebas necesarias. Para la modificación de lignina con vapor de agua, no se pudo lograr la oxidación deseada, cuando el vapor de agua se ponía en contacto con la lignina se formaba una pasta que impedía el paso de vapor a través de ella, esto pudo suceder debido que la lignina tiene propiedades hidrofílicas. Por lo que este método de modificación no fue considerado aceptable en el presente trabajo. El proceso de oxidación con KMnO4 originó un aumento de la masa de la lignina luego de ser oxidada, esto sólo sucedió al emplear altas concentraciones lo cual pudo corresponder a la formación de nuevos grupos aldehídos o ácidos carboxílicos que se originaron de la oxidación, del mismo modo hubo una importante coloración de las muestras de lignina tratadas, tanto para concentraciones altas como para concentraciones bajas. Con respecto al proceso de adsorción con la lignina modificada con KMnO4 la mayoría de las experiencias obtenidas arrojaron resultados favorables para la adsorción del Vanadio siendo el de más alto valor a las condiciones de concentración alta (0,15 M), cantidad de agente oxidante baja (50 ml) y tiempo de oxidación bajo (10 min) expresado en la experiencia (100) con 97,08% contra un 11% de la lignina sin modificar, obteniéndose así una apreciable mejora en la adsorción. Sin embargo no se pude decir lo mismo para la adsorción de Níquel, el empleo de este oxidante desmejora la adsorción de dicho metal ya que todas las experiencias dieron por debajo del porcentaje de adsorción de la lignina sin modificar 87,03%, esta desmejora pudo suceder debido a que los grupos creados por la oxidación no formaron un complejo con el Ni+2 lo suficientemente estable. En el proceso de oxidación por tratamiento térmico con aire, se obtuvo un cambio significativo en la estructura de la lignina debido que los porcentajes de adsorción para Níquel descendieron 5% por debajo del porcentaje de la lignina original 87,03%. En cambio para la adsorción de Vanadio todas las experiencias produjeron porcentajes de adsorción superiores al 11% de la lignina sin modificar con un valor máximo de 42,23% en la experiencia realizada a 100°C y 30min. Se reporta un valor que se denomina “eficiencia” que trata de relacionar la cantidad de lignina oxidada con su capacidad adsortiva. Las condiciones que produjeron gran cantidad de lignina oxidada con mejor adsorción de Vanadio fueron: concentración de KMnO4 0,15M, tiempo de oxidación 60min y volumen de oxidante 50ml expresada en la experiencia 101 con una adsorción de 98,35% y eficiencia de 10,367x10-3 mgV/mg lig_origiral. Los espectros de IR de la lignina sin modificar como las ligninas modificadas con KMnO4 y tratamiento térmico con aire, confirmaron la presencia de los grupos funcionales típicos los cuales son: hidroxilos tanto alifáticos como fenólicos, éteres, metóxilos, carbonilos y grupos guayacil.