Proceso para obtener un adsorbente a partir de un material de desecho y uso del adsorbente.

Se da a conocer un procedimiento de obtención de adsorbente a partir de la semilla del aguacate, su preparación y uso en la eliminación de contaminantes presentes en agua residual. Las partículas tienen forma irregular y tamaño variable para rellenar columnas de diferente diámetro y longitud. El adsorbente tiene dureza suficiente para evitar que las partículas se colapsen. El material no se pudre, es regenerable y ecológico. Se describe la preparación del adsorbente, su pre-activación, carbonización y aplicación para la eliminación del color en agua residual textil.Dicha eliminación y la disminución del contenido de sales, sólidos totales suspendidos, demanda química de oxígeno (DQO) y carbono orgánico total (TOC), se realiza haciendo pasar el agua residual textil por una columna con el adsorbente. En sistema batch pueden eliminarse metales disueltos en agua

Proceso para obtener un adsorbente a partir de un material de desecho y uso del adsorbente.

Campo de la invención

El presente invento se refiere a un material adsorbente para ser utilizado en columnas, usado para la purificación de agua residual, específicamente, el presente invento se refiere a una masa de partículas sin carbonizar y carbonizadas después de su pre-activación, de semilla de aguacate, que, cuando empacados en una columna o puestos en un sistema batch, son capaces de purificar agua residual.

Descripción de la técnica anterior

El agua residual contiene en la mayoría de los casos contaminantes orgánicos e inorgánicos que producen olor, sabor, color y espuma. Muchos de los contaminantes son resistentes a la degradación por métodos biológicos y no pueden ser eliminados por métodos convencionales de tratamiento como son la coagulación, sedimentación y filtración.

La adsorción es un método eficiente para la eliminación de contaminantes orgánicos e inorgánicos y el adsorbente más usual es el carbón activado. El proceso se realiza comúnmente en un sistema estático, agregando el carbón a un tanque que contiene el agua residual, agitando un tiempo determinado, dejando sedimentar el sólido y extrayendo el agua tratada. El carbón activado adsorbe eficientemente el 80% de las sustancias tóxicas reconocidas por la Unión Europea (EUR-Lex-31976L0464) y una de sus mayores aplicaciones, ya sea en forma granular o en polvo, es el tratamiento de agua residual.

La materia prima empleada para la preparación de carbón activado frecuentemente es madera, aserrín, carbón mineral y hueso. Otros precursores naturales pueden ser la cáscara de coco (I. Ali, V.K. Gupta, Encyclopedia of Surface and Colloid Science, 2^nd Edition, Taylor & Francis, New York, (2006) 149), huesos de frutos (G. Annadurai y otros, J. Hazard. Mater. B92 (2002) 263, M.P. Elizalde-González, Trends Chem. Eng. 10 (2006) 55) y el fango (A. Méndez y otros, Chem. Eng. J., 108 (2005) 169). Muchos materiales naturales pueden ser carbonizados y las propiedades finales, tales como la dureza del carbón activado dependen en gran medida de la materia prima. La demanda mundial presenta una tendencia ascendente debido al aumento de legislaciones sanitarias y al desarrollo de plantas de tratamiento emergentes (The Economics of Activated Carbon, 8th edition, 2008).

La carbonización y la pirólisis de materiales naturales son consideradas métodos físicos o térmicos de activación, mientras que para la activación química comúnmente se usan sustancias, tales como H₃PO₄, NaOH y ZnCl₂. La activación química es generalmente un paso posterior a la carbonización y el tratamiento preliminar de la materia prima con sustancias químicas puede considerarse como pre-activación.

La semilla de diferentes variedades de aguacate está compuesta fundamentalmente de almidón, proteína, fibra, azúcares (L.S. Weatherby y otros, J. Ind. Eng. Chem. 23 (1931) 1421-3) y de las enzimas catalasa y oxidasa (L.S. Malowan, Enzymologia 5 (193 8) 89-94). De ella se han aislado proantocianidinas (T.A. Geissman y otros, Phytochemistry 4 (1965) 359-68; D. Jaques y otros, J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1, 23 (1974) 2663-71), alcoholes polihídricos (N. Richtmyer, Carbohyd. Res. 12 (1970) 135-8), auxinas (M. Nunez y otros, Ciencias, Serie 3: Química 18 (1974) 1-14) y compuestos fenólicos (D.L. Ichimaru y otros, Coletaza Instituto Tec. Alim. 12 (1982) 67-83).

El aceite extraído de algunas semillas de aguacate tiene componentes únicos no presentes en el aceite extraído de su pulpa (M.J. Werman y otros, J. Am. Oil Chem. Soc. 73 (1996) 665-667; C.D. Daulatabad y otros, J. Oil Technol. Assoc. India 30 (1998) 71-2) y puede estar presente en cosméticos (patente JP 2001151636 y solicitud de patente en México No. PA/a/2003/004831), y en componentes terapéuticos (Patente Británica No. GB 1 14 804). En cuanto a sus componentes terapéuticos, se han estudiado sus propiedades antioxidantes (S.G. Lee y otros, Han'guk Sikp'um Yongyang Kwahak Hoechi 37 (2008) 269-275; M. Hirasawa y otros, Nipón Shokuhin Kagaku Kaishi 55 (2008) 95-101), su actividad antibiótica (H. Valeri y otros, Rev. Med. Veter. Parasit. 12 (1953) 131-65), su actividad hematoaglutinante (Y. Yaakobovich y otros, Arch. Toxicol. 6 (1983) 52-7) y su actividad inhibitoria de la lisil oxidasa (M.J. Werman y otros, J. Agric. Food Chem. 38 (1990) 2164-8; M.J. Werman y otros, Conn. Tissue Res. 26 (1991) 1-10; G. Rosenblat y otros, J. Am. Oil Chem. Soc. 72 (1995) 225-9). Este aceite también ha servido para estudiar el metabolismo hepático en ratas (M.J. Werman y otros, Food Chem. Toxicol. 27 (1989) 279-82; M.J. Werman y otros, Food Chem. Toxicol. 29 (1991) 93-9).

Dentro de las aplicaciones dadas a los residuos de aguacate se reporta la preparación de carbón a partir de la cáscara de aguacate (R. Devi y otros, Biores. Technol. 99 (2008) 1853-1860), donde bajo las condiciones óptimas de operación en sistemas estáticos se obtiene un 99% de reducción, tanto de la demanda química de oxígeno (DQO), como de la demanda biológica de oxígeno de agua residual de una planta procesadora de café. Carbón obtenido del hueso de aguacate por activación química con H₃PO₄ a 800ºC en flujo de nitrógeno (M.P. Elizalde-González y otros, J Anal. Appl. Pyr. 78 (2007) 185-93) fue empleado para estudiar la adsorción (el porcentaje de eliminación que se indica en paréntesis) de los siguientes colorantes textiles en agua desionizada con concentraciones 400 mg/l: violeta básico 16 (99%), azul básico (99%), azul ácido 74 (80%), verde ácido 25 (75%) y negro reactivo 5 (40%).

Por lo tanto, es un objeto de la presente invención el elaborar un adsorbente orgánico, regenerable y ecológico para su uso en columnas para el tratamiento de aguas residuales.

Breve descripción de la invención

La presente invención corresponde a las técnicas de eliminación de impurezas orgánicas e inorgánicas del agua residual.

En el presente, se da a conocer un procedimiento de obtención de adsorbente a partir de un material natural de desecho, su preparación y su uso para empacar columnas o cargar cubas batch empleadas en la eliminación de contaminantes presentes en agua residual. Las partículas del adsorbente tienen forma irregular y un tamaño variable para rellenar columnas de diferente diámetro y longitud. El adsorbente tiene la dureza suficiente para evitar que las partículas se colapsen. El material no se pudre, es regenerable y ecológico. En la presente invención se describe la preparación del adsorbente, su pre-activación, carbonización y aplicación para la eliminación del color y contaminantes en agua residual textil.

La eliminación del color de agua residual textil, así como la disminución del contenido de sales, de sólidos totales suspendidos, contaminantes, de la demanda química de oxígeno (DQO) y del carbono orgánico total (TOC), se realiza haciendo pasar el agua residual textil por una columna de vidrio rellena con el adsorbente preparado. Alternativamente, lo anterior puede ser hecho en un sistema batch.

La materia prima para la producción del adsorbente, son partículas de forma irregular obtenidas a partir de semillas de aguacate de la especie Persea americana Mill, y más preferentemente de la variedad Hass.

El fruto usualmente se corta transversalmente para el consumo de su pulpa, y la semilla, conocida como "hueso", se separa de la pulpa y cáscara, y se deja secar a temperatura ambiente. Se corta dicha semilla, preferentemente con un escalpelo en varias partes de tamaño grande y se ponen a secar dichas partes. Se trituran las partes, preferentemente con un molino de aspas con un tamiz. Se colectan las partes trituradas y se tamiza para seleccionar el tamaño de partícula de la fracción de mayor abundancia.

Para la pre-activación, las partículas recolectadas después del tamiz, se colocan en un recipiente y se agrega disolución de hidróxido de sodio (NaOH 2N) y se agita la mezcla. Se agrega agua, se vuelve a agitar la mezcla; posteriormente se deja reposar la mezcla. Posteriormente, se decanta la mezcla. Acto seguido, se lava con agua agitando y decantando repetidamente la mezcla.

Las partículas se filtran y se transvasan a un nuevo recipiente en donde se agrega disolución de cloruro de hidrógeno (HCl 2N) formando una nueva mezcla. Se agita la nueva mezcla, se le agrega agua, se agita nuevamente la mezcla; posteriormente se deja reposar la nueva mezcla.... [Seguir leyendo]

1. Método para la preparación de un adsorbente pre-activado basado en semillas de aguacate que comprende:

2. Método de acuerdo a la reivindicación 1, en donde el aguacate es de la variedad Hass, y en donde la semilla es el embrión de la semilla de aguacate.

3. Método de acuerdo a la reivindicación 1 ó 2, en donde previo al paso de la trituración o corte de la semilla, dicha semilla se deja secar a temperatura ambiente, y donde posterior al paso de la trituración o corte de la semilla, dicha semilla se deja secar.

4. Método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el tamaño de partícula de dicha semilla triturada o cortada es menor o igual a 2 mm.

5. Método, de acuerdo a la reivindicación 4, en donde el tamaño de partículo de dicha semilla triturada o cortada es de entre 0,3 y 1,5 mm.

6. Método, de acuerdo a la reivindicación 5, en donde el tamaño de partícula de dicha semilla triturada es de entre 0,5 y 0,8 mm.

7. Método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el método comprende

agitar dicha mezcla primaria;

reposar dicha primera mezcla primaria;

agregar agua a dicha mezcla primaria formando una mezcla primaria con agua;

agitar dicha mezcla primaria con agua; y

reposar a dicha mezcla primaria con agua.

8. Método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el método comprende

lavar dichos residuos primarios con agua;

agitar dichos residuos primarios con agua; y

decantar dichos residuos primarios repetidamente.

9. Método de acuerdo a la reivindicación 8, en donde el paso de lavar, agitar y decantar dichos residuos primarios se lleva a cabo al menos dos veces.

10. Método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el método comprende

agitar dicha mezcla secundaria;

agregar agua a dicha mezcla secundaria;

agitar dicha mezcla secundaria con agua; y

reposar dicha mezcla secundaria con agua.

11. Método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde el método comprende

secar dichos residuos secundarios.

12. El método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el método comprende:

13. Método de acuerdo a la reivindicación 12, en donde a una primera temperatura se lleva a cabo el paso de

secado de dichos residuos secundarios durante un tiempo aproximado de entre 45 a 75 minutos, a una temperatura aproximada entre 150 a 250ºC, elevando la temperatura del ambiente a una velocidad aproximada de entre 6 a 12ºC/min; y

en donde en una segunda temperatura se lleva a cabo el paso de

carbonizar dichos residuos secundarios durante un tiempo aproximado de entre 45 a 75 minutos, a una temperatura aproximada entre 600 a 1200ºC, elevando la temperatura del ambiente a una velocidad aproximada de entre 3 a 7ºC/min.

14. Método, según la reivindicación 13, en donde a una primera temperatura se lleva a cabo el paso de

secado de dichos residuos secundarios durante un tiempo aproximado de entre 55 a 70 minutos, a una temperatura aproximada entre 185 a 235ºC, elevando la temperatura del ambiente a una velocidad aproximada de entre 8 a 11ºC/min; y

en donde en una segunda temperatura se lleva a cabo el paso de

carbonizar dichos residuos secundarios durante un tiempo aproximado de entre 55 a 70 minutos, a una temperatura aproximada entre 700 a 1100ºC, elevando la temperatura del ambiente a una velocidad aproximada de entre 4 a 6ºC/min.

15. Método, para reutilizar las partículas de carbón adsorbente obtenidas de conformidad con un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-14, que comprende los siguientes pasos:

16. Método para la eliminación de contaminantes metálicos de los efluentes de la Industria de recubrimientos metálicos, que comprende los siguientes pasos: