Obtención y caracterización de arcillas orgánicas para su utilización como adsorbentes de tolueno presente en solución acuosa

Abstract

El tolueno es un contaminante orgánico que existe en forma natural en el petróleo crudo y en el árbol Tolú, y forma parte de una gran variedad de productos (combustible, cosméticos, adhesivos, humo del cigarrillo, etc). Son ampliamente conocidos sus efectos tóxicos una vez en contacto con el organismo (fatiga, cefaleas, malestar general, irritación bronquial, debilidad muscular, temblores, etc). Este compuesto orgánico junto al benceno, etilbenceno y xilenos se los conoce como BTEX, y son comprobados contaminantes de agua (subterránea y superficial), suelo y aire. Un material que puede utilizarse para adsorber este tipo de compuestos orgánicos es la arcilla orgánica, la cual puede obtenerse por modificación de arcillas naturales. Las arcillas naturales son los constituyentes inorgánicos más importantes en el suelo. Químicamente las arcillas son filosilicatos de estructura laminar, de tamaño de partícula muy pequeño (< 2pm) que sumado, en la mayoría de los casos a su capacidad de intercambio catiónico debido a su déficit de cargas que naturalmente poseen, las hacen reactivas para muchos usos industriales (cerámica, adsorbentes, cosméticos, etc.). Las arcillas son hidrofílicas por naturaleza y en determinados casos no se adaptan a usos en medios orgánicos. Tratando a las arcillas con cationes orgánicos (preferentemente de amonio cuaternario) es posible transformarlas en organofílica (arcillas orgánicas) de esa manera, por ejemplo, son buenos adsorbentes de sustancias orgánicas contaminantes presentes en agua como por ejemplo tolueno, mostrando variadas aplicaciones en la prevención de la contaminación, remediación del medio ambiente y usos tecnológicos. En este trabajo de tesis se estudió la adsorción de tolueno en agua por arcillas bentoníticas orgánicas preparadas con los cationes orgánicos hexadeciltrimetilamonio (HDTMA+) y tetrametilamonio (TMA+). Las propiedades físicas y químicas de los sólidos fueron evaluadas por difracción de rayos X, análisis térmico simultáneo, espectroscopia en el infrarrojo, determinación de carbono orgánico. Los cambios producidos en la arcilla por diferentes agregados de HDTMA+ y TMA+ fueron estudiados en detalle. La adsorción de tolueno en agua por las arcillas orgánicas (HDTMA-arcillas y TMA-arcillas) fue analizada por espectrometría en el ultravioleta-vísible midiendo los cambios en la concentración de tolueno en agua antes y después de ponerse en contacto a los sólidos con la solución. Sobre el rango de concentraciones experimentales utilizadas, se observó que la adsorción de tolueno por las arcillas orgánicas presentó un mecanismo de retención por partición., observándose para las TMA-arcillas una competencia inicial a bajas concentraciones de equilibrio. Se analizaron en cada una de las arcillas orgánicas los factores que pudieron intervenir en la eficiencia de retención de tolueno: características estructurales de cada arcilla bentonítica, tipo de disposición y grado de ordenamiento de de los cationes orgánicos en cada arcilla, cantidad de carbono, cantidad inicial de agua en cada arcilla orgánica.