NAGIOS: RODERIC FUNCIONANDO

Valorización de la paja del arroz: Nueva estrategia de remediación responsable de nitrato del ciclo integral del agua

Repositori DSpace/Manakin

Valencià Castellano

Inici
Investigació
e-prints
23 - Química
Visualitza element

IMPORTANT: Aquest repositori està en una versió antiga des del 3/12/2023. La nova instal.lació está en https://roderic.uv.es/

Valorización de la paja del arroz: Nueva estrategia de remediación responsable de nitrato del ciclo integral del agua

Mostra el registre parcial de l'element

dc.contributor.advisor	Campíns Falcó, Pilar
dc.contributor.advisor	Jornet Martínez, Neus
dc.contributor.author	Robles Jimarez, Hector Ruben
dc.contributor.other	Departament de Química Analítica	es_ES
dc.date.accessioned	2023-06-21T07:22:41Z
dc.date.available	2023-06-22T04:45:06Z
dc.date.issued	2023	es_ES
dc.date.submitted	22-06-2023	es_ES
dc.identifier.uri	https://hdl.handle.net/10550/88370
dc.description.abstract	La valorización de residuos aborda el estudio de las condiciones necesarias para establecer como un residuo puede sustituir a otro material o hacer posible su transformación en un producto útil. Los residuos agroindustriales han aumentado considerablemente en los últimos años debido a la industrialización agrícola y ganadera, siendo uno de los principales desafíos actuales ya que su mala gestión provoca un serio problema medio ambiental desencadenando un deterioro progresivo del entorno. Actualmente se busca la transición de una economía lineal a una sostenible, donde las materias primas provengan de recursos renovables a través de su valorización, este modelo otorga un papel importante a los residuos y su reutilización inteligente convirtiéndolos en materia prima para formar parte de nuevos productos con un mínimo gasto energético. Uno de los cereales más importantes y que ha aumentado significativamente su cultivo es el arroz, que es un alimento básico y ampliamente utilizado por más de la mitad de la población mundial, proporciona una mayor cantidad de calorías por hectárea que cualquiera de los otros cereales, sin embargo, la gran cantidad de residuos generados durante su producción es un problema importante. La paja de arroz es uno de los residuos más difíciles de gestionar, se estima que por cada kilogramo de grano se genera entre 1 y 1.5 kg de paja; solo en la región de l’Albufera de la Comunidad Valencia se producen de 75.000 a 90.000 toneladas de paja al año. El manejo de la paja de arroz está limitada debido a su baja densidad aparente, su lenta degradación en el suelo, el alto contenido en minerales y la posibilidad de albergar enfermedades pertenecientes al tallo del arroz. Otro problema importante generado por la agricultura intensiva es el uso indiscriminado de fertilizantes químicos ricos en nitrógeno, que son una fuente importante de nitrito y nitrato; estos compuestos son hidrosolubles, por lo que pueden pasar de la superficie al suelo y al agua fácilmente afectando su calidad, lo que genera un aumento de su concentración que es la principal causa de degradación de las aguas subterráneas y las corrientes superficiales imposibilitando su uso directo debido a su eutrofización. Las regulaciones actuales sobre el contenido de nitrato y nitrito en el agua se basan en las pautas establecidas por la Organización Mundial de la Salud (OMS) que establece una concentración máxima de 50 mg/L para nitrato y 0,5 mg/L. Cuando estos aniones son ingeridos pueden generar compuestos N-nitrosos como las N-nitrosaminas que según la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) son probablemente cancerígenas en humanos y están incluidas en el grupo 2A; otro de los efectos específicos que producen a corto plazo son la metahemoglobinemia y alteraciones en la tiroides. Para solucionar el exceso de los nitratos y nitritos en el agua es importante apoyarse de otras áreas de estudio como lo es la remediación ambiental. Anteriormente las zonas contaminadas se incluían en la prevención de riesgos para la salud humana y ecológica; basándose únicamente en la eliminación y/o remediación de contaminantes; sin embargo, recientemente ha surgido un creciente interés por la remediación sostenible, que no solo se centra en la remoción de contaminantes si no también, en las consecuencias medioambientales, sociales y económicas. Por lo que se busca un modelo integral que permita equilibrar la conservación de los recursos naturales, la biodiversidad, la viabilidad económica y la mejora de la calidad de vida en las comunidades aledañas. Para la eliminación de contaminantes en el agua existen diferentes métodos de tratamiento, sin embargo, uno de los métodos más importante debido a ser eficiente, rápido, económico y ampliamente utilizado es la adsorción. Tradicionalmente el carbón activado es uno de los materiales más utilizados para la eliminación de compuestos orgánicos por sus propiedades como estructura porosa y superficie de contacto, no obstante, su aplicación no siempre es factible debido al coste de su proceso de activación y su baja especificidad, por lo que es necesario la búsqueda de nuevos materiales. Una alternativa es utilizar materiales adsorbentes obtenidos a partir de fuentes naturales renovables como la paja de arroz que presentan una gran eficiencia en la remoción de contaminantes debido a su alto contenido en sílice y polisacáridos contenidos en la pared celular. Por otro lado, estas propiedades adsorbentes pueden mejorarse por diferentes métodos como modificación física/mecánica y químicos como los que se realizaron en el presente trabajo, lo que permite obtener una resina de intercambio iónico. Entre las ventajas sostenibles que presentan los intercambiadores iónicos es la reducción de los residuos generados durante el tratamiento de agua que son altamente peligrosos y difíciles de tratar como los lodos químicos o biológicos, ya que pueden regenerarse y utilizarse en múltiples ocasiones disminuyendo su impacto ecológico, además de presentar una alta selectividad de los contaminantes a eliminar. Esta tesis se centró en la valorización de la paja de arroz y su aplicación en la remediación del nitrato en el ciclo integral del agua, en base a la economía circular, la remediación sostenible y la química verde. La valorización de la paja permite disminuir el problema de la contaminación del aire por su quema en el campo, logrando obtener un subproducto con una aplicación directa que disminuye la concentración de nitrato en el ciclo integral del agua. Esto se desarrolló en el marco del proyecto europeo “LIFE-LIBERNITRATE” formado por diferentes grupos multidisciplinarios de investigación. El propósito principal del proyecto consistió en el desarrollo tecnológico para la reducción del 30% del contenido de nitrato en el ciclo integral del agua, por medio de la valorización de la paja de arroz. El grupo de investigación MINTOTA desarrolló la metodología necesaria para la síntesis de un nuevo material adsorbente obtenido de la paja de arroz como fuente de sílice el cual fue patentado (WO/2020/169862). Se logro realizar una modificación directa sobre el gel de sílice empleando APTES en un solo paso, lo que disminuyo los tiempos de reacción, el uso de reactivos y el coste energético. Además, fue posible reutilizar el medio de reacción para mejorar la capacidad de adsorción por la formación de capas sucesivas aumentado la adsorción de la sílice. En comparación con la síntesis de otros adsorbentes el método propuesto es más sostenible debido ya que la sílice es obtenida de residuos agrícolas lo que disminuye la huella del carbono y un menor tiempo de reacción; por otro lado, el utilizar una amina primaria (APTES) genera un menor impacto ambiental y energético en comparación con otros modificadores. La síntesis se logró escalar a un grado semi industrial con valores similares de adsorción a los obtenidos en el laboratorio. El material se caracterizó por medio de las técnicas ópticas de espectrofotometría Raman e Infrarroja donde se comprobó su correcta modificación por la aparición de bandas características por la adición del grupo amino. Además, se estudiaron sus características morfológicas y estructurales empleando microscopia óptica, de barrido (SEM) y un análisis elemental del material (EDX) que mostraron una estructura mesoporosa que permite su fácil activación y la adsorción de aniones por medio de intercambio iónico. La activación de la sílice se estudió en estático y dinámico lo que permitió obtener las condiciones optimas para aumentar la adsorción empleando un menor tiempo y volumen de activador, logrando facilitar el escalado del proceso en la planta de tratamiento de agua. Para realizar mediciones precisas durante el proceso de adsorción de nitratos, el grupo de investigación MINTOTA desarrollo diferentes métodos analíticos, conforme a la química verde. La metodología desarrollada para la medición in situ consistió en espectrofotometría UV-Vis que presenta las ventajas de no utilizar reactivos ni el pretratamiento de la muestra; las mediciones en el laboratorio se realizaron empleando la fibra óptica portátil y en la planta de tratamiento de agua por un analizador automático ambos equipos realizan mediciones de manera continua. Para el análisis “ex situ” se logró desarrollar un nuevo método analítico para la determinación simultanea de nitritos y nitratos con concentraciones variable en distintas matrices de agua. Se propuso un mecanismo de intercambio iónico con el método analítico de micro extracción en fase sólida acoplada a cromatografía líquida capilar, lo que disminuyo la generación de residuos al minimizar la cantidad de disolventes empleados. El proceso de adsorción de la sílice se estudió en estático y en continuo, utilizando diferentes soluciones patrón y muestras reales de agua (pozo, rechazo y permeado). Se emplearon los isotermas de adsorción que representan el mecanismo de adsorción del material; se utilizaron los modelos matemáticos de Langmuir y de Freundlich para el estudio en estático y los de Thomas y Yan para el estudio en dinámico. La sílice modificada mostró una alta adsorción para los aniones analizados (nitrato, sulfato y yoduro) en las soluciones patrón y en las muestras de agua reales; los resultados obtenidos se compararon a los reportados en la literatura que presenta tiempos de adsorción más largos, no utilizan sistemas en continuo, ni muestras reales lo que disminuye su aplicación y escalado. Para estudiar la aplicabilidad de la sílice se escaló el proceso de adsorción en la planta de tratamiento del municipio de Alginet. Se evaluaron dos niveles de escalado con tubos de lecho fijo el primero con un volumen de 6 L y el segundo con un volumen de 60 L. El escalado del proceso de adsorción se realizó utilizando agua de pozo, realizando medidas continuas por medio del analizador automático. Finalmente se comparó sílice modificada con una resina aniónica comercial, la sílice presento mayores valores de adsorción en los tres aniones analizados (nitratos, sulfatos y yoduros), además de realizar el proceso de adsorción más rápidamente en comparación a la obtenida por la resina; de manera que la sílice modificada se muestra con una alternativa viable para su uso como material adsorbente. Teniendo en cuenta los resultado obtenidos en la presente tesis se puede notar que la sílice modificada obtenida a partir de la paja de arroz es una alternativa integral para la para la remoción de nitratos en el ciclo integral del agua; presenta una variedad de ventajas que van desde el punto de vista ecológico ayudando a solucionar el grave problema de la quema de la paja de arroz, eliminando más del 30% del contenido de nitratos presente en el agua y la eliminación de otros aniones presentes en el agua.	es_ES
dc.format.extent	183 p.	es_ES
dc.language.iso	es	es_ES
dc.subject	valorización de residuos	es_ES
dc.subject	paja de arroz	es_ES
dc.subject	resinas de intercambio iónico	es_ES
dc.subject	remediación de agua	es_ES
dc.title	Valorización de la paja del arroz: Nueva estrategia de remediación responsable de nitrato del ciclo integral del agua	es_ES
dc.type	doctoral thesis	es_ES
dc.subject.unesco	UNESCO::QUÍMICA	es_ES
dc.embargo.terms	0 days	es_ES
dc.rights.accessRights	open access	es_ES