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Características y propiedades de intercambiadores iónicos y adsorbentes de interés en procesos nucleares y ambientales. Etapa III

Responsable: MARIA TERESA OLGUIN GUTIERREZ

Objetivos:

El objetivo general del presente proyecto de investigación fue por un lado, determinar la textura de adsorbentes porosos y los cambios micro-estructurales inducidos por tratamiento térmico o por irradiación, empleando técnicas nucleares. Por otro lado, evaluar los procesos de adsorción e intercambio iónico, considerando las características fisicoquímicas del adsorbente y del adsorbato, el medio en el cual los adsorbatos están contenidos, el sistema en el que se lleva a cabo el proceso, así como las variables experimentales de interés. Finalmente, valorar el efecto microbicida de intercambiadores iónicos de origen natural, así como la toxicidad que presentan en los organismos, orientado este último punto hacia el sector salud, fueron también aspectos a considerar en este proyecto. Cabe mencionar, que se consideraron adsorbatos (radiactivos o inertes) que representan un problema como contaminantes de agua o del aire, tales como isótopos radiactivos (U y Th), metales pesados (Cr, Co, Cd, Mn, Ba, Ni), metaloides (As, Se, Sb), halogenuros (F), fenoles y derivados (fenol, clorofenoles y nitrofenoles), colorantes (azul, amarillo, rojo, verde), gases derivados de la combustión (óxidos de nitrógeno, de azufre y carbono). Como adsorbentes e intercambiadores iónicos se consideraron aquéllos que tuvieron un bajo costo (zeolitas, arcillas, hematita, calcita, puzolana, tezontle), provinieron de desechos industriales (material carbonoso obtenido de la pirolisis de lodos activados), de biomasa no viva (cáscaras de tuna o de mango, bagazo de café, cáscara de arroz) o que se obtuvieron a partir de síntesis novedosas (silicalita, hidroxiapatita, carbonato de bario). También se consideraron adsorbentes tipo hidrotalcita, por tener alta especificidad para especies aniónicas, así como aleaciones y aceros de interés nuclear. Dentro de los microorganismos de prueba e indicadores de contaminación microbiológica del agua se contemplaron a la Escherichia coli, Streptococcus faecalis, coliformes totales y/o Candida albicans.

Cáscara de tomate verde (Physalis philadelphica Lam) como biomasa-no viva para remover hierro y manganeso del agua.

Antecedentes:

Esta propuesta va dirigida hacia investigar sobre las propiedades de materiales de origen natural o sintético, como sorbentes (considerando el término para abarcar varios procesos fisicoquímicos: intercambio iónico, adsorción y/o absorción), para implementarlos dentro de los procesos de descontaminación o prevención de la misma. La importancia de este tipo de sorbentes se fundamenta, principalmente, en sus características y propiedades tanto estructurales como fisicoquímicas (entre ellas su superficie de contacto, el tamaño y volumen de poros, su carga superficial, su cristalinidad, su selectividad, su capacidad de intercambio iónico, sus propiedades hidráulicas, su estabilidad química, térmica y radiactiva), las que determinan su comportamiento frente a diferentes especies químicas, removiéndolas de los medios contaminados, o que por su eficiencia dentro de proceso industriales, previenen la contaminación del ambiente. No menos importante es el hecho de que los contaminantes logren ingresar a los organismos y los sorbentes pueden representar un medio para desalojarlos del mismo.

La Etapa III de este proyecto, constó de cinco metas, las cuales se derivaron de un objetivo en común y estuvieron encaminadas hacia la generación de conocimiento nuevo sobre: a) los cambios en las propiedades estructurales de adsorbentes bajo determinadas condiciones, empleando técnicas nucleares para evaluarlos o para inducirlos, b) las interacciones entre adsorbente y adsorbato en sistemas monocomponentes y multicomponentes, considerando las propiedades fisicoquímicas del sistema y que son determinantes en los procesos de tratamiento de aguas residuales de desechos radiactivos de bajo nivel o  inertes, c) las interacciones entre adsorbente y adsorbato en un sistema cuya fase móvil es un gas y la fase estacionaria un adsorbente o intercambiador iónico, que determinan el proceso de remoción de contaminantes del aire, d) los efectos de los adsorbentes sobre los organismos vivos, enfocados hacia el sector salud.

Logros Obtenidos:

Los logros obtenidos del proyecto fueron, por un lado, encontrar que la textura de los adsorbentes porosos se afecta por los cambios micro-estructurales inducidos por tratamiento térmico y por otro lado, que los procesos de adsorción e intercambio iónico, dependen de las características fisicoquímicas del adsorbente y del adsorbato, el medio en el cual los adsorbatos están contenidos, el sistema en el que se lleva a cabo el proceso, así como de las variables experimentales de interés. Finalmente el efecto microbicida de intercambiadores iónicos de origen natural, se afecta tanto por la calidad del agua a tratar, como por el ion metálico que induce la mortandad microbiana.

El proyecto se terminó al 100 %, alcanzándose el objetivo y por consecuencia las metas propuestas, lo que se ve reflejado en la producción científica. Se publicaron 20 artículos científicos en revistas extranjeras, 1 artículo científico en revista nacional. Se publicaron 3 trabajos en memorias de congreso nacional. Se presentaron 3 trabajos en congresos nacionales, se elaboraron 6 informes técnicos y 4 informe para la CNSNS. En cuanto a formación de recursos humanos, se presentaron 3 tesis de licenciatura, 3 tesis de maestría y 2 tesis de doctorado, también se realizaron 2 estancias profesionales y se impartieron 2 conferencias.

PRODUCCIÓN CIENTÍFICA

1.  Publicaciones Internacionales

1.1.    Fluoride ions behavior in the presence of corrosion products of iron. Effects of other anions. V. Martínez-Miranda,J. J. García-Sánchez, M. Solache-Ríos. Separation Science and Technology (aceptado, 2011).

1.2.    F. Granados-Correa, N.G. Corral-Capulin, M.T. Olguín, C.E. Acosta-León. Comparison of the Cd(II) adsorption processes between boehmite (γ-ALOOH) and goethite (α-FEOOH). Chemical Engineering Journal (aceptado, 2011).

1.3.    F. Granados-Correa, M. Jiménez-Reyes. Combustion synthesis of BaCO3 and its Eu(III) adsorption from aqueous solution. Separation Science and Technology (Aceptado, 2011).

1.4.    Jésica Trujillo-Reyes, Víctor Sánchez-Mendieta, Marcos José Solache-Ríos,  Arturo Colín-Cruz. Removal of remazol yellow from aqueous solution using Fe-Cu and Fe-Ni nanoscale oxides and their carbonaceous composites. Environmental Technology (Aceptado, 2011).

1.5.    A. Teutli-Sequeira, M. Solache-Ríos, P. Balderas-Hernández. Modification effects of hematite with aluminum hydroxide on the removal of fluoride ions from water. Water, Air, & Soil Pollution (aceptado, 2011).

1.6.    S. Pinedo-Hernández, C. Díaz-Nava, M. Solache-Ríos. Sorption Behavior of Brilliant Blue FCF by a Fe-Zeolitic Tuff. Water, Air, & Soil Pollution (aceptado, 2011).

1.7.    A. Cabral, I. García-Sosa, N. Nava, E. Camps, Luis Escobar, R. López-Castañeda, O. Olea-Cardoso. g Fe Phase Plasma-induced on the Surface of Thin S3A Alloy Ribbons. Hyperfine Interactions (aceptado, 2011).

1.8.    G. García-Rosales, M. T. Olguin, A. Colín-Cruz, E. T. Romero-Guzmán. Effect of temperature on removal Pb(II) and Cd (II) by sodium-modified stalk sponge (Zea mays). Environmental Science Pollution Research (Aceptado, 2011).

1.9.    J. Jiménez-Becerril, M. Solache-Ríos, I. García-Sosa, Fluoride removal from aqueous solutions by boehmite, Water, Air, & Soil Pollution (aceptado, 2011).

1.10. Alfredo García-Mendieta,  M. Teresa Olguín, Marcos Solache-Ríos, Biosorption properties of green tomato husk (physalis philadelphica lam) for iron, manganese and iron-manganese from aqueous systems, Desalination (aceptado, 2011).

1.11. E. Gutiérrez-Segura, M. Solache-Ríos, C. Fall, A. Colín-Cruz, Influence of the pH on distribution of denim blue in water Fe-zeolitic tuff system, Separation Science and Technology (aceptado, 2011).

1.12. F. Granados-Correa*, J. Jiménez-Becerril, The effect of the calcination temperature of boehmite on its Co(II) adsorption properties, Journal Ceramic and Process Research (aceptado, 2011).

1.13. B. E. López Muñoz, R. Rivera Robles, J. L. Iturbe García, M. T. Olguín Gutiérrez, Adsorption of basic chromium sulfate used in the tannery industries by calcined hydrotalcite, J. Mex. Chem. Soc. 2011, 55(3), 137-141.

1.14. M. J. Jiménez-Cedillo,  M.T. Olguín, Ch. Fall, A. Colin, Adsorption capacity of iron- or iron–manganese-modified zeolite-rich tuffs for As(III) and As(V) water pollutants, Applied Clay Science (aceptado, 2011).

1.15. A. Cabral-Prieto, N. Nava, I. García-Sosa, E. Camps, Luis Escobar, R. López-Castañares and O. Olea-Cardoso. Plasma-Induced γ-Fe Phase on S3A Alloy Ribbons. Journal of Materials Science and Engineering A 1 (2011) 632-638. Formerly part of Journal of Materials Science and Engineering, ISSN 1934-8959.

1.16. S. Márquez-Mendoza, M. Jiménez-Reyes, M. Solache-Ríos, E. Gutiérrez-Segura. Fluoride removal from aqueous solutions by a carbonaceous material from pyrolysis of sewage sludge. Water, Air, & Soil Pollution (aceptado, 2011).

1.17. J. Trujillo-Reyes, M. Solache-Ríos, A.R. Vilchis-Nestor, V. Sánchez-Mendieta, A. Colín-Cruz. Fe-Ni nanostructures and C/Fe-Ni composites as adsorbents for the removal of a textile dye from aqueous solution. Water, Air, & Soil Pollution (aceptado, 2011).

1.18. M. C. Díaz-Nava, M. T. Olguín, M. Solache-Ríos. Adsorption of phenol onto surfactants modified bentonite. Journal of Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chemistry (aceptado, 2011).

1.19. E. Gutiérrez-Segura, M. Solache-Ríos, A. Colín-Cruz, C. Fall. Adsorption of cadmium by Na and Fe modified zeolitic tuffs and carbonaceous material from pyrolyzed sewage sludge. Journal of Environmental Management (aceptado, 2011).

1.20. M. L. Jiménez-Núñezb, M. Solache-Ríosa*, J. Chávez-Garduñob and M. T. Olguín-Gutiérrez. Effect of Grain Size and Interfering Anion Species on the Removal of Fluoride by Hydrotalcite Like Compounds.  Chemical Engineering Journal (aceptado, 2011).

2.  Publicaciones Nacionales

2.1.    Beatriz Eugenia López Muñoz, Roberto Rivera Robles, José Luis Iturbe García, Mará Teresa Olguín Gutiérrez. 2011. “Adsorption of basic chromium sulfate used in the tannery industries by calcined hydrotalcite”. J. Mex. Chem. Soc. (aceptado, enero 2011).

Memorias de Congreso Nacional

3.1.    Francisco Granados-Correa y Melania Jiménez-Reyes. Equilibrio y termodinámica de la adsorción de Eu3+ en solución acuosa por Baco3. XXI Congreso Técnico Científico ININ-SUTIN 2011, Centro Nuclear “Usos pacíficos de la energía nuclear”, diciembre del 6 al 8 del 2011.

3.2.    Edith Gutiérrez-Segura,  Marcos Solache-Ríos, Arturo Colín-Cruz, Cheikh Fall. Adsorción de azul mezclilla mediante dos adsorbentes de bajo costo: estudios en columna. XXI Congreso Técnico Científico ININ-SUTIN 2011, Centro Nuclear “Usos pacíficos de la energía nuclear”, diciembre del 6 al 8 del 2011.

3.3.    Miriam Jeniffer Jiménez Cedillo, María Teresa Olguín Gutiérrez, Cheikh Fall, Arturo Colín Cruz. Obtención de un material carbonoso a partir de Petroselinum crispum (perejil) para la adsorción de As (V). XXI Congreso Técnico Científico ININ-SUTIN 2011, Centro Nuclear “Usos pacíficos de la energía nuclear”, diciembre del 6 al 8 del 2011.

4.      Tesis de Licenciatura

4.1.    Norma Gisela Corral Capulín, Tesis de Licenciatura en Ingeniería Química del Instituto Tecnológico de Toluca.  Remoción de Cd2+ en solución acuosa por boehmita y goetita, bajo la asesoría de Francisco Granados Correa (del 4 de mayo de 2009 al 3 de noviembre de 2010). Fecha de titulación, 25 de marzo del 2011.

4.2.    Jaqueline Vilchis Granados. Adsorción de Eu(III) en solución acuosa sobre Hidroxiapatita. Licenciatura en Ingeniería Industrial, Instituto Tecnológico de Zitácuaro, abril del 2011.

4.3.    Sarai Marquez Mendoza, Sorción de fluoruro en un material carbonoso, Licenciatura en Ingeniería Química, Instituto Tecnológico de Toluca, 1 de Septiembre 2011.

5.      Tesis de Maestría

5.1.    Elia Alejandra Teutli Sequeira. Sorción de iones fluoruro del agua utilizando hematita natural y hematita acondicionada con hidróxido de aluminio. Maestría en Ciencias Ambientales, Universidad Autónoma del Estado de México, junio del 2011.

5.2.    Claudia Salinas Hernández. Evaluación de la sorción de los colorantes rojo 5 y amarillo 6 con un material zeolítico acondicionado con cloruro de hierro. Tesis de Maestría en Ciencias en Ingeniería Ambiental, Instituto Tecnológico de Toluca. Directores: Ma. Del Carmen Díaz Nava y Marcos José Solache Ríos.

5.3.    Nelly Salgado Gómez. Selectividad del proceso de adsorción de roca zeolítica modificada con bromuro de hexadeciltrimetilamonio frente a cromatos y dicromatos. Tesis de Maestría en Ciencias en Ingeniería Ambiental, Instituto Tecnológico de Toluca. Directores: Dra. Ma. Guadalupe Macedo Miranda y Dra. María Teresa Olguín Gutiérrez.

6.      Tesis de Doctorado

6.1.    Edith E. Gutiérrez Segura. Remoción de azul índigo y cadmio presentes en soluciones acuosas empleando un material zeolítico modificado y un material carbonoso. Universidad Autónoma del Estado de México. Doctorado en Ciencias Ambientales. Febrero 2011.

6.2.    María Dolores Baeza Alvarado. Efecto del ácido fúlvico sobre la remoción de contaminantes indicadores en el control sanitario del agua potable (Ba2+ y NO3-) por órgano-clinoptilolita. Doctorado en Ciencias en Ingeniería Ambiental, mayo del 2011.

7.    Presentaciones en Congresos Nacionales

7.1.    Francisco Granados-Correa y Melania Jiménez-Reyes. Equilibrio y termodinámica de la adsorción de Eu3+ en solución acuosa por Baco3. XXI Congreso Técnico Científico ININ-SUTIN 2011, Centro Nuclear “Usos pacíficos de la energía nuclear”, diciembre del 6 al 8 del 2011.

7.2.    Edith Gutiérrez-Segura,  Marcos Solache-Ríos, Arturo Colín-Cruz, Cheikh Fall. Adsorción de azul mezclilla mediante dos adsorbentes de bajo costo: estudios en columna. XXI Congreso Técnico Científico ININ-SUTIN 2011, Centro Nuclear “Usos pacíficos de la energía nuclear”, diciembre del 6 al 8 del 2011.

7.3.    Miriam Jeniffer Jiménez Cedillo, María Teresa Olguín Gutiérrez, Cheikh Fall, Arturo Colín Cruz. Obtención de un material carbonoso a partir de Petroselinum crispum (perejil) para la adsorción de As (V). XXI Congreso Técnico Científico ININ-SUTIN 2011, Centro Nuclear “Usos pacíficos de la energía nuclear”, diciembre del 6 al 8 del 2011.

8.      Informes Técnicos

8.1.    Francisco Granados-Correa y Claudia Estefanía Muñoz-Cabrera, Estudio comparativo de la adsorción de Co(II) sobre alúminas preparadas por diversos métodos, septiembre de 2011, Informe Técnico IT.GCB/04/2011, 31 páginas.

8.2.    Francisco Granados-Correa y Marco Antonio Anaya-Cruz, Tratamiento térmico del oxihidróxido de hierro (goetita) y su efecto en la capacidad de adsorción de Co(II), septiembre de 2011, Informe Técnico IT.GCB/05/2011, 29 páginas.

8.3.    Juan Serrano Gómez, Jesús Mauricio García López, Separación de iones cromato de soluciones utilizando residuos de café modificados químicamente, Informe Técnico IT.GCB/06/2011, inin, septiembre de 2011.

8.4.    Noemí Serrano Reyes Empleo de una Zeolita Natural Mexicana para la Separación de Fenol presente en Soluciones Acuosas. Informe Final  de Prácticas Profesionales.  . Colegio de Educación Profesional Técnica del Estado de México Plantel Lerma 199. Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares. Gerencia de Ciencias Básicas.  Departamento de Química.  ININ GCB/08/2011.

8.5.    Elizabeth Jiménez García. Utilización de un Subproducto de un Compuesto Intermetálico para la retención de fenol presente en soluciones acuosas. Reporte Final de Prácticas Profesionales. Colegio de Educación Profesional Técnica del Estado de México, Plantel Lerma  199. ININ, Gerencia de Ciencias Básicas. Departamento de Química. ININ GCB/09/2011.

8.6.    Juan Serrano Gómez, Hilario López González, María Teresa Olguín Gutiérrez. Adsorción de iones cromato en residuos de café modificados con Fe, Informe Técnico ININ GCB/10/2011.

9.    Informes para licencias de la CNSNS

9.1.    Revisión de los documentos solicitados por la CNSNS con respecto a la modificación de la licencia AOO.200/0803/2010, para integrar las Espectroscopías de Mössbauer y Positronio, Departamento de Química.

9.2.    Correcciones al Informe de Seguridad Radiológica y Memoria de Cálculo para la modificación de la licencia AOO.200/0803/2010.

9.3.    Correcciones a los procedimientos administrativos, de emergencia y operativos de la licencia AOO.200/0803/2010 (8 en total) y el Programa de Seguridad Radiológica.

9.4.    Beatriz Eugenia López Muñoz. Informe Anual de Seguridad Radiológica del Departamento de Química de la Gerencia de Ciencias Básicas del Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares.  Periodo enero-diciembre 2011.  Licencia AOO.200/0051/2008, Expediente 2172.

10.  Otros

10.1.  Claudia Estefanía Muñoz Cabrera, Estadía Profesional de la carrera de Tecnología Ambiental de la Universidad Tecnológica del Valle de Toluca, Estudio comparativo de la adsorción de Co(II) sobre alúminas preparadas por varios métodos, bajo la asesoría de Francisco Granados Correa (del 2 de mayo al 12 de agosto de 2011).

10.2.  Marco Antonio Anaya Cruz, Estadía Profesional de la carrera de Tecnología Ambiental de la Universidad Tecnológica del Valle de Toluca, Tratamiento térmico del oxihidroxido de hierro (goetita) y su efecto en la capacidad de adsorción de Co(II), bajo la asesoría de Francisco Granados Correa (del 2 de mayo al 12 de agosto de 2011).

10.3.  Conferencia de divulgación: ¿Cómo se generan los desechos radiactivos?, impartida por María Teresa Olguín Gutiérrez, dentro del programa Domingos en la Ciencia, organizada por la Academia Mexicana de Ciencias, Museo Tecnológico de la Comisión Federal de Electricidad, 25 de septiembre del 2011.

10.4.  Francisco Granados Correa. Conferencia: Adsorción de contaminantes presentes en agua por adsorbentes inorgánicos, impartida a los alumnos de la Licenciatura en Tecnología Ambiental de la Universidad Tecnológica del Valle de Toluca, Lerma, México 11 de noviembre del 2011.

Aplicaciones:

Los resultados de este proyecto, aportaron conocimientos hacia las siguientes áreas:

a)     Radioquímica

b)    Tratamiento de aguas de desecho utilizando materiales adsorbentes o intercambiadores iónicos naturales o sintéticos.

c)     Tratamiento de aguas microbiológicamente contaminadas.

d)    Sector salud

Vinculación:

Dr. Pedro Bosch (IIM-UNAM)

Dra. Silvia Bulbulian, Dra. Norma Sánchez (CCADET-UNAM)

Dr. Cheikh Fall y Dra. Verónica Martínez (Facultades de Ingeniería de la Universidad Autónoma del Estado de México)

Dr. Arturo Colín, Dra. Patricia Balderas, Dr. Victor García Mendieta, Dr. Juan Carlos Sánchez (Facultad de Química de la Universidad Autónoma del Estado de México)

Dra. Guadalupe Macedo, Dr. Isaías de la Rosa, Dra. María del Carmen Díaz Nava, Dra. Genoveva Martínez, Dra. María de la Luz Jiménez Nuñez, Dr. Alfredo García Mendieta (Departamento de Ingeniería Ambiental del Tecnológico de Toluca)

Dr. Mohamed Abatal (Universidad del Carmen, Campeche)

Dra. Ana Marisela Maubert Franco (Universidad Autónoma Metropolitana Azcapozalco)

Dra. Norma Alicia Hernández Beltrán, Dra. María Dolores Baeza (Industria REXCEL S. A. de C. V.) 


Última modificación
31/03/2014 por Tonatiuh Rivero Gutiérrez

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