IRRADIACION GAMMA PARA DECOLORACION DE EFLUENTES DE LA INDUSTRIA TEXTIL

Transcripción

1 IRRADIACION GAMMA PARA DECOLORACION DE EFLUENTES DE LA INDUSTRIA TEXTIL C. Magnavacca, M. Sánchez, J. G. Graiño Centro Atómico Ezeiza Comisión Nacional de Energía Atómica 1804 Buenos Aires Fax: Palabras Claves: irradiación-colorantes-efluentes-degradación-decoloración.

2 RESUMEN La presencia de colorantes generalmente no biodegradables, en los efluentes de la industria textil, constituye un serio problema ambiental. La radiación ionizante constituye un tratamiento eficaz para la degradación de estos compuestos. Se demuestra experimental-mente el efecto de la radiación gamma sobre el ejemplo de dos soluciones acuosas de colorantes típicos puros. Se verifica por espectrofotometría la disminución de color en función de dosis crecientes de radiación absorbida, y se postulan los mecanismos químicos que justifican el efecto. Se propone este proceso como método de depuración de los efluentes de ciertas industrias. INTRODUCCION La mayoría de los colorantes utilizados en la industria textil no son biodegradables, y por lo tanto, el tratamiento de sus residuos líquidos no se resuelve de manera sencilla. La exposición a las radiaciones ionizantes constituye una alternativa para la decoloración y probablemente para la detoxificación de este tipo de efluentes. La Comisión Nacional de Energía Atómica, productora y exportadora de fuentes de Cobalto-60, promueve las aplicaciones de radiaciones gamma en beneficio del medio ambiente y al servicio de las empresas o instituciones. El tratamiento de los residuos coloreados de industrias (textil, gráfica, o del cuero) es una de las múltiples aplicaciones posibles. La observación de que la radiación ionizante produce clarificación o desaparición del color en soluciones, fue mencionada hace más de veinte años. Muchas publicaciones describen la descomposición producida por radiaciones en moléculas de alto peso molecular (1), pero hay poca bibliografía sobre la degradación de colorantes, y la mayor parte de ella basada en la utilización de radiaciones de aceleradores de electrones (2). La decoloración no implica necesariamente la disminución de toxicidad, si la hay. Además, la pérdida de color difícilmente es total y absoluta, necesitando por lo general el agregado de coadyuvantes (3,4). Es decir, hay aspectos que requieren aún investigaciones más profundas. Por otro lado, la viabilidad económica del tratamiento por irradiación dependerá de la máxima optimización del proceso, aplicando la mínima dosis de radiación efectiva. En este tratajo, se muestra la decoloración producida por radiación gamma de Cobalto- 60 sobre dos colorantes comerciales. Se postulan los mecanismos químicos probables que explican este efecto y se propone la factibilidad de un servicio hacia las empresas. La búsqueda de agentes coadyuvantes para la optimización del tratamiento y disminución de costos, y la identificación y evaluación de la toxicidad de los productos de degradación por irradiación son temas en desarrollo actualmente.

3 MATERIALES Y METODOS Se experimentó sobre dos colorantes comerciales de reacción básica, cuya identificación en el Color Index (5), fórmula y peso molecular, se describen a continuación: 1) C.I. Basic Red 18 (Dull Red), P.M. = Cloro-4-nitroanilina, 2-(N-etilanilino)etil]trimetil amonio, sal 2) C.I. Basic Violet 16 (Bright Bluish Red), P.M. = 368 1,3,3-trimetil-2-metilenindol, condensado con p-dietilaminobenzaldehido Se prepararon soluciones de concentración aproximada 10-3 M, fraccionando el volumen en tubos de ensayo. Se expusieron a radiaciones gamma de Co-60 en la Planta de Irradiación SemiIndustrial del Centro Atómico Ezeiza, el tiempo suficiente para recibir dosis crecientes entre 0.5 kgy (50 krad) y 12 kgy (1200 krad). Las dosis de radiación absorbidas se controlan con dosímetros químicos (6) de dicromato de Ag comparando con una curva de calibración predeterminada. Por medio de un barrido espectrofotométrico se determinó la longitud de onda (λ) de máxima absorbancia para cada colorante, entre λ=350 nm y λ=680 nm. Luego de la irradiación se midió la absorbancia espectrofotométrica a la λ elegida en cada una de las soluciones irradiadas. Se graficó porcentaje de colorante remanente, es decir % de absorbancia respecto a la absorbancia de la solución inicial sin irradiar (100. A r /A o ), en función de la dosis de radiación absorbida. Los experimentos se repitieron convenientemente. Algunas soluciones irradiadas se analizaron en espectrómetro de masas acoplado a cromatógrafo gaseoso (Shimadzu 5050A) comparando los espectros con la solución del colorante sin irradiar.

4 La radiación ionizante produce la excitación e ionización de las moléculas de agua, con los siguientes productos: γ H 2 O H ; e - aq ; OH ; H 2 ; H 2 O 2 En presencia de oxígeno, las especies reductoras son convertidas en radicales peroxilos oxidantes (7), que son los que actúan sobre la molécula del soluto: H + O 2 e - aq + O 2 O H + HO 2 O 2 - HO 2 ; k = 1.9 x dm 3.mol -1.s -1 ; k = 2.0 x dm 3.mol -1.s -1 ; pk a = 4.8 La acción de estos radicales sobre distintos puntos de la molécula, principalmente sobre dobles enlaces como el del grupo cromóforo (-N=N-) justifica la desaparición del color. En la comparación de los cromatogramas de las soluciones de colorantes antes y después de ser irradiadas, se observa la disminución de áreas en los picos identificados en cada caso, mientras aparecen otros picos correspondientes a estructuras resultantes de la ruptura y oxidación de dobles enlaces.

5 CONCLUSIONES Los colorantes ensayados se han decolorado con dosis relativamente bajas; en el caso del Basic Red 18 el color se reduce a 40% con apenas 2 kgy de radiación absorbida, y se alcanza una decoloración casi total con 12 kgy. Estos resultados incentivan a una aplicación práctica del tratamiento por irradiación de los residuos industriales que contengan colorantes. Sin embargo, es necesario identificar completamente los compuestos resultantes de la degradación por efecto de la irradiación; y establecer el grado de toxicidad de estos productos, comparado con las sustancias iniciales, lo cual se está llevando a cabo actualmente. Por otro lado, se experimentarán distintos catalizadores para reducir la dosis de radiación necesaria y con ella los costos relativos del tratamiento. La factibilidad económica será mayor en cuanto se optimice el proceso, lo que alentará a las empresas a utilizar este mecanismo de gestión de residuos. REFERENCIAS 1. Getoff, N., Decomposition of biologically resistant pollutants in water by Irradiation. Radiat. Phys. Chem. 35, 456 (1990). 2. Suzuki, N., Miyata, T., Sakumoto, A., Hashimoto, S. and Kawakami, W. The degradation of an azo dye in aqueous solutions by high-intensity E-beam irradiation. Int. J. Appl. Radiat. Isotopes. 29, 103 (1978). 3. Hosono, M., Arai, H. et al. Decolouration and degradation of azo dye in aqueous solution supersaturated with oxygen by irradiation of high-energy electron beam. Appl. Radiat. Isot. 44,9 (1993), Duarte, C.L., Sampa, M.H. et al. Improvement on Conventional Parameters of actual Industrial Effluent by electron beam irradiation. In: Proceedings of the International Symposium on Radiation Technology for Conservation of the Environment. Poland, IAEA. Austria Asociación Argentina de Químicos y Coloristas Textiles: Productos agrupados por Nro. de Color Index. Rev. Galaxia Organismo Internacional de Energía Atómica. Proceedings of Internat. Symposium on High Dose Dosimetry. IAEA. Vienna Getoff, N. Peroxyl radicals in the treatment of waste solutions. In Peroxyl radicals. pp Ed. Z. B. Alfassi, John Wiley & Sons. Ltd. (1997).