Inmovilización de mediadores redox en matrices poliméricas y su aplicación en la biotrasformación reductiva de un colorante azo.

Abstract

"En esta investigación se evaluó la capacidad de tres matrices poliméricas para adsorber dos catalizadores con propiedades de óxido reducción (redox), bajo diferentes condiciones experimentales, como temperatura y diferentes concentraciones de PO4 3-, con el fin de optimizar la inmovilización de al menos un catalizador (sin afectar su reactividad) para su posterior aplicación en el tratamiento de efluentes contaminados con colorantes azo. Se caracterizaron las matrices poliméricas seleccionadas en términos de porosidad, área específica, intercambio iónico y distribución de carga superficial, con el fin de predecir su capacidad de adsorber distintos mediadores redox. Además, se determinó el grado de desorción de las quinonas inmovilizadas en las matrices, mediante un ciclo de desorción con medio basal, a diferentes temperaturas. También, se cuantificaron las especies presentes en el medio basal, después del ciclo de desorción a diferentes temperaturas, mediante electroforesis capilar, para identificar las especies causantes de la desorción. Los resultados mostraron que la resina esférica (R) y la resina fibrosa (RF) tienen una mayor capacidad de adsorber antraquinona-2,6-disulfonato (AQDS) (1.72 meq AQDS/g de R y 3.12 meq AQDS/g RF) en comparación con naftoquinona-4-sulfonato (NQS) (1.42 meq NQS/g de R y 2.00 meq NQS/g RF). Durante el proceso de desorción (con medio basal fresco para cada ciclo) se observó menor cantidad de quinona desorbida en R (0.03 meq NQS/g y 0.01 meq AQDS/g, con un ciclo de desorción). Para ambas resinas evaluadas, se observó cómo la temperatura afecta significativamente la desorción, aumentando ésta conforme aumenta la temperatura. Se presentó una desorción prácticamente igual con R y RF a las tres temperaturas probadas (0.06 meq/g de R y 0.06 meq/g de RF a 35°C, 0.09 meq/g de R y 0.07 meq/g de RF a 45°C y 0.13 meq/g de R y 0.09 meq/g de RF a 55°C). Los resultados obtenidos de la cuantificación de aniones, presentes en el sobrenadante de los experimentos de desorción con medio basal, a diferentes temperaturas, indican que para ambas resinas la concentración de SO4- y PO4 3- disminuyó conforme aumentó la temperatura (35, 45, y 55°C). Sin embargo, la disminución de la concentración de PO4 3- fue mucho mayor, lo que sugiere que la concentración de especies aniónicas de PO4 3- no encontrados en solución (<100 mg/L) se adsorbieron en las resinas, y por consiguiente se señala a este anión como el principal causante de la desorción de quinonas. Las cinéticas de decoloración realizadas con lodo anaerobio en presencia de resinas saturadas tanto con NQS como con AQDS mostraron que las quinonas inmovilizadas, conservaron su capacidad catalítica. El mejor tratamiento observado fue el que contenía lodo, colorante (Rojo reactivo 2) y una concentración de 4.8 mM de NQS inmovilizada, dicho tratamiento redujo proximadamente el 90% del colorante después de 24 horas, que representa un aumento de 6.5 veces en la tasa de decoloración comparado con el control biológico sin quinona. Estos resultados indican que las resinas de intercambio iónico pueden actuar como excelentes matrices de inmovilización de mediadores redox, como NQS y AQDS. También se comprobó que los mediadores redox mantienen su capacidad catalítica aún después de ser inmovilizados, por lo que, este mecanismo de inmovilización puede ser considerado como propicio para retener este tipo de catalizadores en sistemas de tratamiento de aguas residuales."

"In this research, the adsorption capacity of three polymeric matrices to fix two catalysts with oxidation reduction (redox) properties was evaluated. The studies were carried out under different experimental conditions, such as temperature and concentrations of PO4 3-. The main goal was to immobilize at least one catalyst (without affecting its catalytic capacity), in order to apply it in wastewater treatment systems for azo dyes reduction. The polymeric materials were characterized in order to know their porosity, surface area, ion interchange properties, and surfaces charge distribution. All this information enables us to know the adsorption properties of the redox mediators. Therefore, it was determined the desorption rate of fixed quinone on the surface matrices, using desorption cycles in basal medium at different temperatures. Using capillary electrophoresis, we determined the concentration anionic of species present in the basal medium, after each desorption cycle at different temperatures, in order to know the chemical species that cause desorption of catalysts. The results showed that the spherical resin (R) and fibrous resin (RF) exhibit high adsorption properties using antraquinone-2,6-disulphonate (AQDS) (1.72 meq AQDS/g de R and 3.12 meq AQDS/g RF) compared to naphtoquinone-4-sulphonate (NQS) (1.42 meq NQS/g de R and 2.00 meq NQS/g RF). During desorption cycles with basal medium (fresh basal medium in each cycle), the lower desorption always occurred with R (0.03 meq NQS/g and 0.01 meq AQDS/g), with one desorption cycle. In both resins, we observed that the temperature significantly affects the desorption rate of AQDS. Similar desorption rates in both materials along the temperature range (0.06 meq/g of R and 0.06 meq/g of RF to 35°C, 0.09 meq/g R and 0.07 meq/g of RF to 45°C and 0.13 meq/g of R and 0.09 meq/g of RF to 55°C). The obtained results showed that the SO4 - and PO4 3- concentrations decrease when the temperature was increased (35, 45, and 55°C). PO4 3- was identified as the principal cause of the quinones desorption as its concentration decreased up to <100 mg/L during desorption procedures. Decolourisation assays conducted in the presence of anaerobic sludge and saturated resins (with NQS and AQDS) showed that the immobilized quinones preserved their catalytic capacity. The experimental treatment with sludge, azo dye (Red reactive 2) and immobilized NQS (4.8 mM) onto R showed the best decolourisation performance."