Funcionalización de nanocelulosa de raquis de palma como
adsorbente de iones de arsénico del agua
Eddy Jirón García
InterSedes, Revista electrónica de las sedes regionales de la Universidad de Costa Rica,
ISSN 2215-2458, Volumen XXIII, Número 48, Julio-Diciembre, 2022.
10.15517/isucr.v23i48 | intersedes.ucr.ac.cr | intersedes@ucr.ac.cr
A: Nanocellulose (NC) was obtained from palm oil rachis by combination of a
chemical explosion method and mechanical rupture, which was functionalized with cholic
acid (AC) and trietoxy(octyl)silane (TEOS) as functionalizing agents for determining
the As3+ ion adsorption capacity from water. e nanocellulose functionalized it was
characterized by infrared spectroscopy, thermal gravimetric analysis, scanning electronic
microscopy and transmission electronic microscopy. Arsenic was measured by visible
absorption according to molybdenum blue method. Nanober of cellulose was obtained
with size than 19 – 24 nm, with which a functionalization of 25,96% was achieved for NC-
AC and 20,50% for NC-TEOS. e adsorption tests showed a 63,6% removal of As3+ ion
from the water using NC-AC and 22,6% using NC-TEOS as adsorbents respectively, with
which NC-AC showed a potential adsorption capacity material for ion As3+ from water.
R: Se obtuvo nanocelulosa de raquis de palma africana (NC) por medio de la
combinación del método químico de explosión y ruptura mecánica. La NC fue funcionalizada
con ácido cólico (NC-AC) y con trietoxi(octil)silano (NC-TEOS) para determinar su
capacidad de adsorción de iones As3+ del agua. Las nanocelulosas funcionalizadas fueron
caracterizadas por espectroscopia infrarroja, análisis termogravimétrico, microscopía
electrónica de barrido y microscopía electrónica de transmisión. El arsénico fue medido
por absorción visible por el método de azul de molibdeno. La NC obtenida fue brilar con
un tamaño de 19 – 24 nm con la cual se consiguió una funcionalización de 25,96% para la
NC-AC y de 20,50% para la NC-TEOS. Las pruebas de adsorción mostraron una remoción
del 63,6% de los iones As3+ del agua utilizando NC-AC y de 22,6% utilizando NC-TEOS
como adsorbentes respectivamente, colocando la NC-AC como un potencial material de
adsorción de iones As3+ del agua.
Universidad de Costa Rica
Sede del Caribe
Limón, Costa Rica
eddy.jiron@ucr.ac.cr
Publicado por la Editorial Sede del Pacíco, Universidad de Costa Rica
P : adsorción, caracterización, celulosa, funcionalización, nanobras.
K: adsorption, characterization, cellulose, functionalization, nanobers
Functionalization of nanocellulose from palm oil rachis as arsenic ions adsorbent from
water
Recibido: 17-01-22 | Aceptado: 31-03-22
C (APA): Jirón García, E., Rodríguez Mora, K. (2022). Funcionalización de nanocelulosa de
raquis de palma como adsorbente de iones de arsénico del agua. InterSedes, 23(48), 208–227. DOI 10.15517/
isucr.v23i48.49746
Karina Rodríguez Mora
Universidad de Costa Rica
Instituto de Investigaciones en Ingeniería
San José, Montes de Oca, Costa Rica
karina.rodriguezmora@ucr.ac.cr
InterSedes, ISSN 2215-2458, Volumen 23, Número 48,
Julio-Diciembre, 2022, pp. 208–227 (Artículo).
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1. Introducción
En la producción de aceite de palma se generan gran variedad
de residuos, los cuales se disponen principalmente en patios de
descomposición, digestores o se utilizan como combustible para
quema. El raquis de palma es uno de los principales residuos de
la cosecha que equivale de un 20 % a 25 % del peso de la fruta
fresca; sin embargo, este no suele utilizarse en el aprovechamiento
energético, ya que contiene mucha humedad y su volumen lo hace
difícil de transportar, lo cual lo convierte en una potencial mate-
ria prima para obtener productos de mayor valor agregado como
celulosa o nanocelulosa (Solano Hernández, 2010; Tenorio et al.,
2016).
La nanocelulosa puede obtenerse a partir de diferentes fuentes
y métodos, lo que genera como resultado partículas con cristalini-
dad, supercie química y propiedades mecánicas variadas (Abit-
bol et al., 2016). Nanocelulosa cristalina, nanobrillas de celulosa,
nanowhiskers y nanocelulosa bacteriana son algunos de los nano-
materiales que se pueden obtener a partir de residuos agroindus-
triales (Klemm et al., 2011).
Entre los diversos materiales ecológicos reportados hasta la ac-
tualidad, los nanomateriales de celulosa se han destacado como
componentes prometedores debido a su abundancia natural, bajo
costo, robustez sicoquímica, biocompatibilidad, peso ligero y re-
ciclabilidad (Kim et al., 2016).
A causa de sus propiedades, se han explorado aplicaciones para
la nanocelulosa como películas, en optoelectrónica, ciencias médi-
cas, agricultura, y la funcionalización de su supercie. Este último
proceso se basa en el aprovechamiento del comportamiento quí-
mico hidrólo de la nanocelulosa y la creación de enlaces con los
grupos -OH del material para mejorar sus propiedades y ampliar
su rango de aplicaciones (Eyley y ielemans, 2014; omas et al.,
2018).
Entre los métodos de funcionalización de nanocelulosa se en-
cuentran la carboxilación, aminación, succinilación, sulfonación
y sililación, los cuales son empleados para mejorar la eciencia
de adsorción de contaminantes especícos. La carboxilación con-
siste en añadir grupo -COOH a la supercie de la nanocelulosa;
asimismo, la aminación radica en incluir en la estructura de la na-
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nocelulosa el grupo -NH2. El término succilación se utiliza para
referirse a la reacción entre grupos anhidro y grupos -OH de la na-
nocelulosa, la sulfonación hace referencia a la inclusión de grupos
-SO3H mientras que la sililación conlleva la adición de silanos en
la estructura de la nanocelulosa (Chin et al., 2018; He et al., 2014;
Liu et al., 2016; akur et al., 2021).
Este trabajo propone la funcionalización de nanobras de ce-
lulosa obtenida a partir de raquis de palma africana con dos agen-
tes funcionalizantes para mejorar las propiedades del material y
proponerlo como posible adsorbente de metales pesados del agua.
Los agentes funcionalizantes elegidos fueron un silano, debido a
que funciona como puente para unir compuestos orgánicos e in-
orgánicos, y ácido cólico, a causa de que posee abundantes grupos
hidroxilo y ser de bajo costo.
En cuanto a la remoción de metales pesados del agua, en las
últimas dos décadas se han implementado diversas tecnologías de
tratamiento ex situ e in situ. El tratamiento in situ comprende oxi-
dación química, inmovilización por absorción y técnicas de bio-
rremediación que incluyen biotransformación, toestabilización e
hiperacumulación en plantas. Los procesos ex situ incluyen preci-
pitación/oculación, intercambio de iones, tecnologías de mem-
brana y la adsorción utilizando múltiples materiales incluyendo
los funcionalizados, especialmente atractivos debido a sus propie-
dades mejoradas que resultan de sus efectos sinérgicos y coopera-
tivos (Luong et al., 2018; Zhou et al., 2014).
Materiales y métodos
Materiales
Los materiales empleados fueron: raquis de palma africana,
agua, hidróxido de sodio, ácido acético, hipoclorito de sodio, trie-
toxi(octil)silano, ácido cólico, metanol, óxido de arsénico (III),
anaranjado de metilo, hidróxido de amonio, ácido clorhídrico,
bromato de potasio y molibdato de amonio.
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Métodos
La metodología empleada se expondrá a continuación:
Obtención de celulosa:
La muestra de raquis de palma se secó y se molió a un tamaño
de 10,0 mm para someterla a una hidrólisis alcalina a 150 lb de
presión por 30 minutos, utilizando NaOH al 2,0 % en una relación
de 100,0 g por 3,0 L de disolución. Finalizada la hidrólisis se retiró
y se lavó con agua hasta pH neutro. La masa resultante fue hidro-
lizada nuevamente a 100,0 lb de presión por 30 minutos con CH-
3COOH al 6,0 %. Se decantó y se lavó con NaClO al 3,0 % durante
30 minutos haciendo un cambio de disolución cada 15 minutos
para el blanqueamiento. Finalmente, la celulosa obtenida se lavó
con agua hasta pH neutro.
Ruptura a nanocelulosa
La celulosa obtenida se colocó diluida en un sonicador de alta
potencia marca QSonica modelo Q700, a una frecuencia de 20
MHz con una amplitud del 60 % durante 15 minutos en un baño
de agua para evitar el calentamiento. Posteriormente, la nanoce-
lulosa (NC) se centrifugó y se almacenó a una temperatura entre
4 - 6 °C.
Funcionalización de nanocelulosa
Para la modicación química de la supercie se utilizaron dos
agentes funcionalizantes, trietoxi(octil)silano (TEOS) y ácido có-
lico (AC), de acuerdo con la metodología de Pacaphol y Aht-Ong
(2017), con algunas modicaciones. El proceso de funcionaliza-
ción fue llevado a cabo a temperatura ambiente con agitación de
baja potencia durante 2 horas. Posteriormente, las muestras se de-
jaron reposar por 24 horas sin agitación. Para la funcionalización
de NC con AC, esta fue suspendida en metanol y se le agregó el
agente funcionalizante sólido en una relación 1:0,7 NC:AC. Para
la funcionalización de NC con TEOS se utilizó etanol como disol-
vente a un pH de 4,5 y se le adicionó el agente funcionalizante en
una relación 1:1 NC:TEOS. El método se realizó por duplicado.
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INTERSEDES |
212
Caracterización
Entropía: se analizó la entropía como medida de la heteroge-
neidad de la supercie de acuerdo con el método de Hernández
Hernández et al. (2014) con el objetivo de dar seguimiento a la
degradación de lignina y exposición de celulosa. Se utilizaron mi-
crografías a la misma escala, las cuales fueron convertidas a escala
de grises y procesadas utilizando el soware ImageJ. (ImageJ, ver-
sion. 1.42q, National Institutes Health, Bethesda, Maryland, USA,
http://rsbweb.nih.gov/ij/index.html) con el complemento Entropy
reshold.
Microscopía electrónica de trasmisión (TEM): se realizó para
determinar el tamaño de las bras de nanocelulosa; se utilizó un
microscopio electrónico de transmisión HITACHI HT 7700.
Espectroscopía Infrarroja (IR): se utilizó para obtener las bandas
de los grupos funcionales asociados a los componentes de la bra,
así como los grupos funcionales relacionados con los agentes fun-
cionalizantes. Se empleó un equipo PerkinElmer modelo Frontier
FT-IR-ATR, se hicieron 10 escaneos por muestra con un fondo
grande para obtener el espectro nal. El escaneo se hizo desde
4000 cm-1 a 450 cm-1.
Análisis termogravimétrico (TGA): se utilizó un equipo TGA
TA-Instruments Q5000 con un ujo de nitrógeno para atmósfera
inerte, se empleó una rampa de calentamiento de 5 °C/min desde
25 °C hasta 600 °C para determinar el porcentaje de funcionali-
zación de la NC y obtener la degradación especíca de cada com-
puesto por medio del área bajo la curva.
Microscopía electrónica de barrido (SEM): se empleó un micros-
copio electrónico de barrido HITACHI modelo S700-N para de-
terminar cambios morfológicos asociados a la funcionalización.
Determinación de Arsénico
Se realizó una curva de calibración en un espectrofotómetro
utilizando patrones de As3+ a concentraciones de 27,0 mg/L, 24,0
mg/L, 21,0 mg/L, 18,0 mg/L, 15,0 mg/L, 12,0 mg/L, 9,0 mg/L, 6,0
mg/L y 3,0 mg/L, las cuales fueron tratadas por el método de azul
de molibdeno propuesto por Ramírez et al. (2017), con algunas
modicaciones. Se tomaron alícuotas de 5,00 mL de la disolución
de As3+, se le añadieron 2 gotas de anaranjado de metilo y se le
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agregó NH4OH hasta que el indicador virara a amarillo, se le agre-
gó HCl diluido hasta que el color del indicador cambiara a rojo y
0,10 mL de KBrO3 0,006 mol/L. Posteriormente, se calentó has-
ta 50 °C en baño maría. En caliente se le añadieron 0,50 mL de
una disolución de (NH4)6Mo7O24 0,10 mol/L con H2SO4 5,0 mol/L,
en una relación 0,67:1 molibdato de amonio:ácido sulfúrico, y se
homogenizó para luego añadirle 0,10 mL de sulfato de hidracina
0,080 mol/L. Seguidamente se colocó en un baño maría de agua
hirviendo por 10 minutos, se esperó a que se enfriara para nal-
mente aforar a 10,00 mL y medir la absorbancia a 660 nm.
Prueba de adsorción
Muestras de 30 mL de As2O3 de concentración conocida fue-
ron sometidas a una adsorción en un sistema discontinuo. Se les
agregó una masa conocida de NC funcionalizada y fueron agitadas
en una plantilla durante 1 hora a temperatura ambiente, posterior-
mente la NC fue separada por centrifugación y se le determinó la
concentración nal de arsénico por absorbancia visible.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Para funcionalizar la nanocelulosa, primero se deben exponer
los grupos funcionales de la celulosa reduciendo la lignina del ma-
terial y posteriormente disminuir el tamaño a nanoescala. Para lo-
grar el primer paso, se realizaron los procesos de hidrólisis alcalina
y luego ácida. Si bien los reactivos y concentraciones utilizados
son de fortaleza moderada (NaOH 2,0 % y HC3COOH 6,0 %), se
muestra que es efectivo para disminuir la cantidad de lignina. Esto
lo corrobora la gura 1 por medio del análisis de entropía.
La entropía mide la aleatoriedad en las imágenes, por lo que
puede ser utilizada como parámetro para determinar la hetero-
geneidad y por lo tanto la distribución de lignina y celulosa en las
bras (Fernández et al., 2005). A causa de esto, se ha convertido
en un método de seguimiento para los procesos de reducción de
lignina. Un elevado valor de entropía está asociado a una cantidad
mayor de lignina. Como se muestra en la gura 1, la entropía dis-
minuye al avanzar los tratamientos, lo que signica una reducción
de lignina y, por ende, mayor exposición de celulosa (Hernández
Hernández et al., 2014). De acuerdo con el análisis de medias (te
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> tc), las entropías son estadísticamente diferentes a un 95 % de
conanza, lo que demuestra una disminución.
F
M
A) H B
B) H
Al eliminar la lignina y las gomas (los recubrimientos cerosos
que, junto a la lignina, recubren las bras y las mantienen unidas)
en las hidrólisis alcalina y ácida, se obtiene mayor uniformidad en
la celulosa y se disminuye el porcentaje de lignina residual (Jirón
García et al., 2020), lo cual facilita la disminución de tamaño por
métodos mecánicos y también la funcionalización al exponer los
grupos hidroxilo de la pulpa de celulosa (Ehman, 2019).
La pulpa de celulosa obtenida registró un contenido de lignina
residual de 5,8 %, mostrado en la tercera degradación de masa del
análisis termogravimétrico (ver gura 5) entre 390 °C y 580 °C
(Števulova et al., 2016). Este porcentaje de lignina residual es re-
lativamente bajo, si se compara el método empleado con métodos
similares de obtención de bras que combinan hidrólisis alcalina
y ácida donde las concentraciones son mayores y los ácidos son
más fuertes; por ejemplo, Rigg Aguilar et al. (2020) utilizaron una
combinación de NaOH al 2,5 % en rastrojo de piña molido a 300
µm y HCl al 37 % para obtener nanobras de celulosa; Jirón Gar-
cía et al. (2020) utilizaron NaOH al 2 % y ácido acético al 6 % para
obtener microcelulosa; Vargas Mesén y Rodríguez Mora (2021)
obtuvieron microcelulosa a partir de rastrojo de piña tratado con
NaOH al 2 % y a partir de raquis de palma utilizando raquis de
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palma africana hidrolizada con NaOH al 2 % y ácido acético al
10 %. Esto demuestra que la combinación de hidrólisis propuesta
a las condiciones planteadas es funcional para disminuir la lignina
en el raquis de palma.
Una vez disminuida la cantidad de lignina en el raquis, se pro-
cedió a la reducción mecánica del tamaño para obtener nanoce-
lulosa. La gura 2 presenta la microscopía electrónica de trans-
misión (TEM) de la NC obtenida luego de someterse a la ruptura
mecánica con el sonicador. Se muestra que se obtuvieron nano-
bras, las cuales poseen un tamaño de entre 19 - 24 nm de diámetro.
Este diámetro es muy similar a nanobras obtenidas de raquis de
banano, entre 10 - 15 nm, usando reactivos a las mismas concen-
traciones y ruptura del mismo tipo (Jirón García et al., 2020).
F
M
. M .K
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Al obtener la NC se procede a su funcionalización. La NC fun-
cionalizada se caracterizó por medio de espectroscopía infrarroja
(IR) y análisis termogravimétrico (TGA) como técnicas comple-
mentarias para estudiar la unión entre la NC y los agentes funcio-
nalizantes. Los espectros de infrarrojo de la gura 3 muestran la
nanocelulosa, del ácido cólico y de las funcionalizaciones, mien-
tras que la gura 4 muestra los termogramas correspondientes.
F
E A) , B) ,
C) D)
()
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
88
90
92
94
96
98
100
% Transmitancia
Frecuencia (cm
-1
)
A)
OH
C-H CH
CH
2
C-O
OH
C-H
Si-O -C
Si-O
OH C-H
2
C=O
OH
C-H
2
C=O
CH
CH
2
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
80,0
82,5
85,0
87,5
90,0
92,5
95,0
97,5
100,0
B)
% Transmitancia
Frecuencia (cm
-1
)
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
97,0
97,5
98,0
98,5
99,0
99,5
100,0
C)
% Transmitancia
Frecuencia (cm
-1
)
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
94
95
96
97
98
99
100
D)
% Tramsmitancia
Frecuencia (cm
-1
)
En el espectro de la NC se pueden observar las bandas a 3340
cm-1 (correspondiente al enlace –OH) y a 2915 cm-1 (que repre-
senta el enlace C-H), ambas bandas características de los polisa-
cáridos. Además, se muestran las bandas presentadas a 1428 cm-1,
1367 cm-1, 1334 cm-1, 1027 cm−1 y 896 cm−1 que pertenecen al es-
tiramiento y doblez de los enlaces -CH2 y -CH, -OH y C-O, res-
pectivamente (Hospodarova et al., 2018; Jirón García et al., 2020).
El espectro del AC muestra la vibración y estiramiento en las
bandas 3523 cm-1, 3321 cm-1 y 3192 cm-1 correspondientes a los
enlaces -OH en el compuesto, además de las bandas presentadas
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a 2935 cm-1 y 2872 cm-1 correspondientes a los enlaces -CH2 y la
banda estrecha a 1715 cm-1 del grupo carbonilo (C=O), las cua-
les son las m ás representativas del AC; las mismas bandas se
mantienen luego de la funcionalización. Las bandas de los enlaces
-CH2 del AC se sobreponen a las bandas C-H de la nanocelulosa
a 2915 cm-1; asimismo, las bandas asociadas a los grupos -CH y
-CH2 entre las bandas 1450 cm-1 y 1045 cm-1 (Yang et al., 2005)
asociadas al AC se sobreponen a las de la nanocelulosa, fenómeno
atribuido a la funcionalización.
Cuando la NC se funcionaliza con TEOS, la banda a 3340 cm-1
no sufre cambios, esto sucede debido a que esta misma banda se
encuentra presente para los grupos silanol (Si-OH) (Kunst et al.,
2014). Se puede notar la banda de 2920 cm-1, asociada a los enlaces
C-H provenientes del silano. También se muestra un cambio en el
espectro en las bandas de 1100 cm-1, 1200 cm-1 y 900 cm-1 y 960
cm-1, las cuales corresponden a la interacción Si−O−C. Además,
se ve un cambio en la señal de 1050 cm-1, la NC posee un pico
muy denido en esta banda correspondiente a las uniones C−O; el
cambio en esta banda y la falta de simetría corresponde a los enla-
ces Si−O, cuyo pico es igual al del C−O, pero de una forma menos
simétrica (Purcar et al., 2012).
Por otro lado, los termogramas presentados en la gura 4
muestran que la disminución de masa de la NC sin funcionalizar
es menor que la de las funcionalizadas, así como un aumento en el
intervalo de temperatura de degradación de holocelulosa (celulosa
+ hemicelulosa) con respecto a la NC no funcionalizada, el cual se
da entre 170 °C y 350 °C (Ibrahim et al., 2010).
En concordancia, la tabla 1 muestra que la temperatura en la
cual inicia la degradación es menor para la NC que para la nano-
celulosa funcionalizada con ácido cólico (NC-AC) o para la nano-
celulosa funcionalizada con trietoxi(octil)silano (NC-TEOS). Este
aumento se da por la interacción entre el ácido cólico y la nano-
celulosa, ya que el ácido cólico tiene un punto de descomposición
que inicia cerca de los 200 °C y naliza alrededor de los 400 °C
(Suta et al., 2016). Mientras que en la NC-TEOS existen interac-
ciones entre los grupos Si−O, además de los grupos -OH del poli-
sacárido, lo que podría resultar en un aumento en la temperatura
de descomposición.
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F
A
A)
, B)
C) ()
0100 200 300 400 500 600
0
20
40
60
80
100
Masa (%)
Temperatura (°C)
B )
0100 200 300 400 500 600
0
20
40
60
80
100
Masa (%)
Temperatura °C
C )
0100 200 300 400 500 600
0
20
40
60
80
100
Masa (%)
Temperatura (°C)
A )
La tabla 1, además de la temperatura de degradación, mues-
tra el porcentaje de funcionalización de la nanocelulosa, el cual
se obtuvo a partir de la diferencia entre integración del área bajo
las curvas normalizadas de las derivadas de los termogramas de
la nanocelulosa y las nanocelulosas funcionalizadas. Presenta un
mayor porcentaje en la funcionalización con ácido cólico debido
a que esta molécula posee mayor cantidad de grupos -OH en su
estructura que el trietoxi(octil)silano, lo que permite una mejor
interacción química entre los grupos hidroxilo de la nanocelulosa.
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T
I
Material
Degradación / (°C) Porcentaje de
funcionalización
(%)
Inicio Final
NC 183,71 358,52 -
NC-AC 251,37 408,56 26,0 ± 0,5
NC-TEOS 256,30 394,73 20,5 ±0,5
A partir de lo anterior se procedió a proponer la estructura de
la NC funcionalizada. En la gura 5 se muestra cómo la funcio-
nalización del AC y del TEOS sucede por la unión por puentes
de hidrógeno a la nanocelulosa. La nanocelulosa posee grupos
hidroxilo en cada unidad anhidroglucosa (monómero de la celu-
losa); estos grupos reactivos poseen tanto donadores de electro-
nes (hidrógeno) como aceptores de electrones (oxígeno), lo que
permite la formación de puentes de hidrógeno con otros grupos
como hidroxilo y silanol presentes en el AC y en el TEOS, respec-
tivamente.
F
F
La estructura resultante de la funcionalización sugiere la unión
de la parte polar del AC y del TEOS a las nanobras, dando como
resultado una cadena no polar sobre la supercie, lo que aumenta
la hidrofobicidad de la nanocelulosa. La unión con NC-AC suce-
de por puentes de hidrógeno, mientras que en la NC-TEOS hay
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dos procesos consecutivos: una hidrólisis al combinar el silano con
agua para formar el grupo silanol -Si-OH, los cuales son altamente
reactivos para el siguiente paso; una condensación, en donde se
une el silano a la nanocelulosa (Brochier Salon et al., 2005; Pa-
caphol y Aht-Ong, 2017). Como consecuencia de esto, el material
sedimenta con mayor rapidez en agua, propiedad que se puede
notar al vericar la altura de la nanocelulosa con respecto al tiem-
po. Es importante mencionar que la nanocelulosa no sedimenta
en agua, ya que por su tamaño y grupos -OH en la supercie no
se aglomera, al funcionalizarla cambia la hidrofobicidad de la su-
percie y como consecuencia sedimenta. Dicho comportamiento
e interacción puede traer cambios morfológicos en las bras, para
lo cual se procede a analizar la microscopía electrónica de barrido,
ya que cambios morfológicos pueden afectar las propiedades de
adsorción del material.
La gura 6 muestra como la NC-AC forma un ordenamien-
to de abanico. Las espigas resultantes tienen un grosor entre 840
nm y 1,65 m. Esta estructura podría resultar beneciosa en la
adsorción, ya que se pasa de una estructura tubular brilar a una
de espigas pequeñas unidas en forma de abanico, aumentando el
área supercial y por proporcionalidad la capacidad adsortiva del
material (McCabe et al., 2010).
F
M
. A) NC-AC B) NC-TEOS
Por otro lado, la NC-TEOS forma una especie de bras de ma-
yor grosor que las espigas de la funcionalización NC-AC, alrede-
dor de 20 m, aunque se utilizó NC del mismo tamaño para ambas
funcionalizaciones, por lo que la adsorción puede diferir en ambas
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nanocelulosas funcionalizadas a causa de la diferencia en área su-
percial.
La funcionalización de la supercie de un material se realiza
para mejorar sus propiedades, en este caso, las propiedades adsor-
tivas de cationes de arsénico (As3+). Para las pruebas de adsorción
se eligió arsénico como metal, debido a que es pesado, tóxico, no
biodegradable, causante de grandes problemas ambientales, de sa-
lud y que se encuentra principalmente en sus formas inorgánicas
en las aguas subterráneas de consumo humano (Singh et al., 2015).
Para la determinación de arsénico se utilizó el método del azul
de molibdeno, el cual es menos costoso y ha sido empleado y es-
tandarizado anteriormente (Ramírez González et al., 2017); Acos-
ta Leiva (2019) menciona que a pesar de que el método ha sido
validado en cuanto a linealidad, reproducibilidad y repetitividad,
al constar de un clúster de elevada nuclearidad (Mo154) en forma
de anillo, las especies en las reacciones son muy grandes y su es-
tructura es muy compleja. El azul de molibdeno medido posee una
estructura [Mo154O462H14·70H2O]14− (Iorio et al., 1991), por lo que
simplemente se denomina complejo de color rojo a su intermedia-
rio y azul de molibdeno al producto nal.
En este método, todo el arsénico en disolución debe estar oxi-
dado a As5+, para lo cual se agrega un agente oxidante y se calien-
ta para ayudar a la oxidación total del arsénico (reacción 1). Se
agrega el (NH4)Mo7O24 para formar el complejo color rojo con el
arsénico oxidado (reacción 2), nalmente, se reduce el complejo y
se produce la coloración del azul de molibdeno que se va a medir
por colorimetría (reacción 3). A continuación, se muestran las re-
acciones que denen el proceso. Si bien el arsénico puede medirse
por técnicas instrumentales,
KBrO3 + As2O3 As5+ (1)
(NH4)Mo7O24 + As5+ Complejo de color rojo (2)
Complejo de color rojo + NHSO Azul de
molibdeno (3)
Las pruebas de adsorción determinaron que los porcentajes de
adsorción para el As3+ fueron de 63,6±1,0 % y 22,6 % ±1,0 para
la NC-AC y para la NC-TEOS correspondientes a 0,70 mg/L y
0,25mg/L respectivamente. La diferencia entre estos porcentajes
se atribuye principalmente a la diferencia morfológica entre las es-
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tructuras de la NC-AC y de la NC-TEOS mostradas en la gura 6.
Además, el AC posee mayor cantidad de grupos con pares de elec-
trones libres que pueden interaccionar con el arsénico por fuerzas
electrostáticas que el TEOS.
Los resultados obtenidos se aprecian favorables debido a que el
AC es considerablemente menos costoso (en términos económi-
cos) que el TEOS, y no se encontraron registros de su uso en ad-
sorción de As3+. No obstante, los porcentajes de adsorción fueron
menores a los reportados por otros autores para As3+ utilizando
otros agentes funcionalizantes como la dietilentriamina con un
92,84 % de adsorción (Singh et al., 2015) y el poli (N,N-dime-
til-aminoetil-metacrilato) con una adsorción del 99,05 % (Jadhav
et al., 2015; Tian et al., 2011).
Si bien las pruebas de adsorción con AC cólico mostraron
resultados prometedores, no se podría determinar si el material
llegó a su capacidad máxima de adsorción con los experimentos
realizados; por lo tanto, queda obtener la capacidad máxima de
adsorción del material en mg/g a partir de la confección de las
isotermas de adsorción. No obstante, se demostró que se pueden
mejorar las capacidades de la nanocelulosa para adsorción de ar-
sénico utilizando un método relativamente simple y con un agente
funcionalizante de bajo costo.
Conclusiones
Se obtuvo celulosa del raquis de palma africana con un con-
tenido de lignina residual de 5,8 % según el análisis por degra-
dación termogravimétrica, la cual fue reducida mecánicamente
con un sonicador de alta potencia a nanocelulosa brilar con un
diámetro entre 19 – 24 nm según la microscopía electrónica de
transmisión.
Se funcionalizó la nanocelulosa con ácido cólico y con trie-
toxi(octil)silano con un porcentaje de funcionalización de 25,96 %
y 20,50 %, respectivamente. Esto modicó la estructura morfoló-
gica de la nanocelulosa creando una estructura de abanico de espi-
gas cuando se usó ácido cólico, y de bras de gran tamaño cuando
se utilizó trietoxi(octil)silano.
Se logró una adsorción de arsénico (III) utilizando las nanoce-
lulosas funcionalizadas con un porcentaje de adsorción de 63,6 %
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para la NC-AC y de 22,6 % para la NC-TEOS, sin realizar modi-
caciones de pH o cambios de temperatura a las disoluciones de
arsénico.
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