Decoloració de tints tèxtils mitjançant partícules metàl·liques de manganès-alumini

Abstract

The textile industry produces wastewater with a huge contain of organic compounds, such as dyes. This fact has an impact on the environment and the human health. One of the available methods to decolorize this textile effluents involve the use of zero valent iron to degrade the dyes present in the water. Previous research has shown the efficiency of manganese and aluminium alloys for the degradation of azo dye. The purpose of this study, composed by three different parts, is to reproduce and extend the researches already done in this subject. The first study had the objective to prove the efficiency of four different alloys: Mn (100% Mn), Al (100% Al), Mn50Al50 (50% Mn and 50% Al) and Mn70Al30 (70% Mn and 30% Al). In order to determine the kinetics of the degradation reaction of the colorant Orange II, assays with the same conditions (agitation, temperature and concentration) were performed. The morphology, specific area and composition of the particles' surface were also studied as possible factors influencing the efficiency of the treatment. The results indicate that the most efficient alloy is Mn70Al30. They also demonstrate that the process of mechanical alloying used to produce the particles generate a material with and intrinsic capacity to degrade the dye which is much higher than those of the elements Mn and Al separately. The chance to reuse the particles in successive processes of decolorization has a big interest from both environmental and economic point of view. For that purpose, the second study was performed. It had the aim to prove if the Mn70Al30 particles could be recuperated and reused, and how did the successive cycles influence the efficiency of the treatment. Moreover, different ways to wash the particles were applied (with ethanol, acetone and distillate water with pH 3). The particles were recuperated by precipitation and subsequently by evaporation after each decolorization treatment. Four cycles were performed for each kind of washing method and for the particles without washing. The results show that each cycle of decolorization reduce the efficiency of the particles and that the best results are obtained without using ant washing method. Lastly, it has been conducted the third study with the aim to determine the influence of the temperature on the kinetics of the Orange II degradation reaction. The same methodology as for the other two studies was followed, but at three different temperatures: room temperature (252oC), 35 and 45oC. It was tested that effectively as the temperature increase, the characteristic reaction time decreased, achieving a total dye degradation in less time. To sum up, it has been proved that the most efficient alloy of manganese and aluminium for the degradation of Orange II is Mn70Al30, that these particles can be reused for at least four cycles without having to wash them, and that as the temperature increase also does the reaction speed.

La indústria tèxtil emet una gran càrrega de colorants orgànics en els seus efluents líquids, causant un impacte ambiental i sobre la salut humana que cal corregir. Un dels mètodes utilitzats per decolorar aquest recurs hídric concerneix l'ús de partícules metàl·liques de zero valència per degradar compostos orgànics, com els colorants tèxtils, presents en el medi. Estudis anteriors han demostrat l'eficiència de l'aliatge de manganès i alumini per dur a terme la degradació de diversos colorants tèxtils. En aquest treball, format per tres estudis diferents, es busca reproduir i ampliar el coneixement sobre la capacitat i eficiència de degradació de colorants d'aquests aliatges. En primer lloc, l'estudi I pretén provar l'eficiència de quatre aliatges diferents de partícules: Mn (100% Mn), Al (100% Al), Mn50Al50 (50% Mn i 50% Al) i Mn70Al30 ( 70% Mn i 30% Al). Per cada aliatge s'han realitzat assajos per estudiar la cinètica de la reacció de degradació del colorant Orange II; sempre amb la mateixa concentració de partícules i colorant, amb agitació constant i a temperatura ambient. La morfologia, àrea específica i composició de la superfície de les partícules també s'ha estudiat com a possibles factors que influencien l'eficiència del tractament. En base als resultats s'ha pogut concloure que les partícules més eficients són les Mn70Al30 i que el procés d'aliatge mecànic usat per produir-les genera un material amb una capacitat intrínseca de degradació del colorant molt més elevada que la dels elements Mn i Al per separat. La possibilitat de reutilitzar les partícules en successius processos de decoloració és de gran interès des d'un punt de vista ambiental i econòmic. Perseguint aquest objectiu, s'ha realitzat l'estudi II on es pretén comprovar si aquestes partícules poden ser recuperades i reutilitzades, i com afecten els successius cicles d'utilització-recuperació a la eficiència del tractament. A més, s'han empleat tres mètodes de rentat (amb etanol, acetona i aigua destil·lada amb pH=3). Les partícules han estat recuperades per precipitació i posterior evaporació desprès de cada tractament. S'han realitzat fins a quatre cicles de decoloració per cada rentat i per les partícules recuperades però no rentades. S'ha comprovat que efectivament l'eficiència disminueix amb cada cicle, i que no aplicant cap dels rentats estudiats s'obtenen millors resultats. En darrer lloc, s'ha dut a terme l'estudi III a fi de determinar amb paràmetres físics la influència de la temperatura en la cinètica de la reacció de degradació del colorant Orange II. S'ha seguit la mateixa metodologia que en els assajos dels estudis I i II, però a tres temperatures diferents: a temperatura ambient 252, 35 i 45oC. S'ha comprovat que efectivament a major temperatura el temps característic de reacció disminueix, assolint una degradació total del colorant en menys temps. En resum, s'ha demostrat que l'aliatge més eficient per dur a terme la degradació del colorant Orange II és el Mn70Al30, que aquest pot ser reutilitzar fins a quatre cops sense necessitat de rentat i que augmentant la temperatura incrementa la velocitat de la reacció.

La industria textil produce efluentes líquidos con una gran carga de colorantes orgánicos, causando problemas ambientales y sobre la salud humana, por lo que se precisa una medida de corrección. Uno de los métodos utilizados para decolorar este recurso hídrico concierne al uso de partículas metálicas de cero valencias para degradar los compuestos orgánicos, como los colorantes, presentes en el medio. Estudios anteriores han demostrado la eficiencia de aleaciones de manganeso y aluminio para llevar a cabo la degradación de diversos colorantes. En este trabajo, constituido por tres estudios, se busca reproducir y ampliar las investigaciones ya realizadas con estos materiales. En primer lugar, el estudio I pretendía probar la eficiencia de cuatro aleaciones diferentes de partículas: Mn (100% Mn), Al (100% Al), Mn50Al50 (50% Mn y 50% Al) y Mn70Al30 (70% Mn y 30% Al). Para cada aleación se han realizados ensayos para estudiar la cinética de la reacción de degradación del colorante Orange II; siempre con la misma concentración de colorante y partículas, en agitación constante y a temperatura ambiente. La morfología, área específica i composición de la superficie de las partículas también se han estudiado como posibles factores que influencian la eficacia del tratamiento. En base a los resultados obtenidos se ha podido concluir que las partículas más eficaces son las Mn70Al30 y el proceso de aleación mecánica usado para producir-las genera un material con una capacidad intrínseca de degradación del colorante mucho más elevada que la de los elementos Mn i Al por separado. La posibilidad de reutilizar las partículas en sucesivos procesos de decoloración es de gran interés desde un punto de vista ambiental y económico. Con este propósito, se ha realizado el estudio II, en el cual se pretende comprobar si las partículas Mn70Al30 pueden ser recuperadas y reutilizadas, y como afectaban los sucesivos ciclos a la eficacia del tratamiento. Asimismo, se han empleado tres métodos de lavado diferentes (con etanol, acetona y agua destilada con pH 3). Las partículas han sido recuperadas por precipitación y posterior evaporación después de cada decoloración. Se han realizado cuatro ciclos para cada tipo de lavado y para las partículas recuperadas, pero no lavadas. Se ha comprobado que efectivamente la eficacia disminuye con cada ciclo, y que no aplicando ninguno de los lavados estudiados se obtienen mejores resultados. En último lugar, se ha llevado a cabo el estudio III con el fin de determinar con parámetros físicos la influencia de la temperatura en la cinética de la reacción de degradación del colorante Orange II. Se ha seguido la misma metodología que en los ensayos de los estudios I y II, pero a tres temperaturas diferentes: a temperatura ambiente (252oC), 35 y 45oC. Se ha comprobado que efectivamente a mayor temperatura el tiempo característico de reacción disminuye, consiguiendo una degradación total del colorante en menos tiempo. En resumen, se ha demostrado que la aleación más eficiente para la degradación del colorante Orange II es Mn70Al30, que estas partículas pueden ser reutilizadas hasta cuatro veces sin necesidad de ser lavadas y que el aumento de la temperatura incrementa la velocidad de la reacción.