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

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.

Pregrado

Ingeniero(a) Ambiental