Arcilla pilarizada con Al-Fe como catalizador para la oxidación de un colorante empleado en la industria de alimentos

Abstract

La mayoría de procesos industriales relacionados con la industria textil y de alimentos involucra el uso de colorantes sintéticos, los cuales en su mayoría (60-70%) son de tipo azoico (-N=N-). Entre los colorantes más empleados se encuentra el rojo Ponceau 4R (E-124), aditivo en cerezas en conserva, jugos, gaseosas, leches saborizadas, yogures, batidos, helados, jaleas, gelatinas y dulces (caramelos blandos, duros, gomas, cubiertas de pastelería), entre otros. Debido a su estructura compleja (C20H11N2Na3O10S3), este colorante es muy estable en medio acuoso (vida media de 133 días expuesto a la luz solar) y su vertimiento constituye un riesgo para el medio ambiente. En la presente investigación se evaluó el potencial catalítico de la bentonita pilarizada con Al-Fe (Al-Fe-PILC) y de la bentonita pilarizada con Al y después impregnada con Fe (Fe/Al-PILC) para la oxidación del colorante rojo Ponceau 4R, bajo condiciones suaves de temperatura y presión (25 °C y presión atmosférica). Para las arcillas pilarizadas con Al-Fe con 2, 6 y 10% molar de Fe en la síntesis del agente pilarizante, la remoción de color (40%) y conversión de COT (18%) fueron bajas, en tanto que las arcillas pilarizadas con Al (soporte) y luego impregnadas con Fe (0.45 al 10.55% masa) lograron decoloraciones entre el 50 y 100% y mineralización de hasta el 69%. Empleando la metodología de superficie de respuesta, los resultados de decoloración y conversión de TOC se ajustaron a un modelo de segundo orden. Las mejores condiciones para una decoloración completa (100%) y la máxima mineralización (69% de conversión de TOC) se obtuvieron con una masa de catalizador de 247.56 mg, dosis de H2O2 de 0.90 veces la cantidad estequiométrica y un porcentaje de Fe impregando del 7.6% en masa. El estudio cinético de decoloración encontró que la ecuación de Fermi ajustó bien los datos experimentales y el periodo de inducción durante la reacción se atribuyó al proceso de activación de las especies de hierro soportadas en la arcilla pilarizada con Al. El aumento de la temperatura de 25 a 45 °C, disminuyó el tiempo de decoloración, debido al decrecimiento del tiempo de inducción. Las arcillas pilarizadas con Al-Fe son catalizadores eficientes para la CWHPO de colorantes con baja área superficial polar (PSA 100 Å2), en tanto que las arcillas pilarizadas con Al (soporte) y luego impregnadas con Fe pueden ser utilizadas como catalizadores con moléculas de mayor PSA (200 Å2). Los resultados de este trabajo mostraron que la CWHPO es una alternativa para el tratamiento de aguas coloreadas, ya sea como tratamiento terciario o como pre-tratamiento para mejorar la biodegradabilidad

Abstrac The majority of industrial processes related to the textile and food industry involves the use of synthetic dyes, which mostly (60-70%) are azoic (-N = N-). Among the most used dyes is the Ponceau 4R red (E-124), additive in preserved cherries, juices, sodas, flavored milks, yogurts, smoothies, ice creams, jellies, gelatins and sweets (hard candies, hard candies, gums, covers of pastry), among others. Due to its complex structure (C20H11N2Na3O10S3), this dye is very stable in aqueous medium (half-life media of 133 days exposed to sunlight) and its discharge constitutes a risk to the environment. In the present investigation the catalytic potential of the pillared bentonite with Al-Fe (Al-FePILC) and of the pillared bentonite with Al and later impregnated with Fe (Fe/Al-PILC) for the oxidation of the Ponceau 4R red dye was evaluated, under mild conditions of temperature and pressure (25 ° C and atmospheric pressure). For the pillared clays with Al-Fe with 2, 6 and 10% molar of Fe in the synthesis of the pillaring agent, the removal of color (40%) and conversion of TOC (18%) were low, while the pillared clays with Al (support) and then impregnated with Fe (0.45 to 10.55% mass) achieved decolorization between 50 and 100% and mineralization of up to 69%. Using the response surface methodology, the results of decolorization and TOC conversion were adjusted to a second order model. The best conditions for complete decolorization (100%) and maximum mineralization (69% conversion of TOC) were obtained with a catalyst mass of 247.56 mg, a dose of H2O2 of 0.90 times the stoichiometric amount and a percentage of Fe impregnating the 7.6% in mass. The kinetic study of decolorization found that the Fermi equation adjusted well the experimental data and the period of induction during the reaction was attributed to the activation process of the iron species supported in the pillared clay with Al. The increase of the temperature of 25 at 45 ° C, the decolorization time decreased, due to the decrease in induction time. The pillared clay with Al-Fe are efficient catalysts for the CWHPO of dyes with low polar surface area (PSA 100 Å2 ), while the pillared clay with Al (support) and then impregnated with Fe can be used as catalysts with higher PSA molecules (200 Å2 ). The results of this work showed that the CWHPO is an alternative for the treatment of colored waters, either as a tertiary treatment or as a pre-treatment to improve biodegradability.