Estudio de la eficiencia de materiales carbonosos obtenidos a partir de subproductos del café en la remoción de cafeína en aguas residuales del beneficio del fruto de café
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Carvajal Zapata, Efraím | 2023-11-23
Colombia es uno de los países con mayor producción de café en el mundo. El
proceso de transformación del fruto genera efluentes con altas cargas orgánicas, y
subproductos como la pulpa, el cisco o cascarilla y la borra, los cuales ocasionan un
problema de contaminación de suelos y fuentes de agua ya que no son tratados
adecuadamente. Además, estos subproductos contienen compuestos orgánicos como
cafeína, taninos entre otros, que se consideran tóxicos.
Lo anterior hace necesario buscar estrategias para el aprovechamiento de estos
residuos, así como para el tratamiento de las aguas del beneficio del fruto de café.
En este trabajo se obtuvo un material carbonoso del residuo cisco (cascarilla) que
sirvió de soporte para obtener un catalizador heterogéneo carbón / dióxido de
titanio,(carbón/TiO2), para la remoción de cafeína en medio acuoso por medio de
absorción de luz ultravioleta (UV). El material carbonoso se obtuvo mediante síntesis
hidrotérmica, la impregnación del TiO2 fue de forma directa apoyada con ultrasonido.
La adsorción en oscuridad del carbón mostró un porcentaje de adsorción de la
cafeína del 91 %, mientras que para el material el material carbonoso contenido en 1%
y 5% en peso de TiO2 ( carbón /TiO2), el porcentaje de adsorción fue de 85 % y 86 %
respectivamente. Las pruebas del proceso híbrido de adsorción (30min) - degradación
bajo irradiación con luz UV usando TiO2 al 1 % y al 5% mostraron una eliminación del
contaminante del 72 % y del 96 %, mientras en los materiales compuestos carbón/TiO2
al 1% y 5% la remoción del contaminante fue del 86% y 90% respectivamente.
Los resultados obtenidos en el trabajo muestran un efecto sinérgico entre el
material carbonoso y las partículas del dióxido de titanio con alta remoción de cafeína de
agua, lo cual hace que estos materiales sean candidatos potenciales para el tratamiento
de aguas residuales de la industria del café.
En primer lugar, se logró obtener un material carbonosos a partir de cisco de café
con un método hidrotermal con rendimiento por encima del 50%, este material presentó
propiedades como un área superficial de 543.64 m2
/g. Además, cambios en la superficie
química respecto a la materia prima, con grupos funcionales característicos de los
materiales carbonosos que fueron un factor importante para la adsorción de cafeína en
medio acuoso. Los resultados de las pruebas de adsorción muestran que este material
alcanzó un porcentaje de adsorción de cafeína del 91%, además la adsorción con los
materiales compuestos carbón/TiO2, fue del 86 %, se mantuvo cerca al valor del material
carbonoso.
Los resultados de fotocatálisis en los materiales compuestos carbón/TiO2 con
impregnación directa, evidencian un aumento en la remoción de la cafeína en el caso del
material carbón/TiO2 al 1%, confirmándose la sinergia del material carbonoso y el dióxido
de titanio, por otro lado, para el carbón/TiO2 al 5 %, se evidencia una disminución que
puede deberse a características obtenidas en el proceso de impregnación o situaciones
experimentales. Se resalta que los materiales compuestos carbón/TiO2 mejoran la
velocidad de reacción llegando en tiempos menores al equilibrio. Además, los resultados
de la prueba de fotocatálisis demuestran valores cercanos de remoción de cafeína con
carbón/TiO2 y TiO2, donde se debe tener en cuenta que las propiedades del TiO2 se
pueden ver afectadas en cantidad por pérdidas en el proceso de impregnación, y
absorción de luz UV al estar anclado al carbón. Pese a sus limitaciones, los materiales
carbón/TiO2 se consideran eficaces ya que combinan sinérgicamente las propiedades
del material carbonoso y el TiO2 (Diniz et al., 2023), con valores de remoción de cafeína
superiores al 80 %.
Los resultados obtenidos con los materiales soportados en carbón representan
ahorros energéticos y económicos en la remoción de cafeína, al presentar valores
significativos de remoción en poco tiempo y la utilización de porcentajes bajos de TiO2 al ser este un material con alto costo en el mercado.
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