Transformación física, química y microbiológica de polietileno de baja densidad (PEBD) empleando plasma de oxígeno, fotocatálisis TiO2/UV y Pleurotus ostreatus
Autor: | Gómez Méndez, Luis David |
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Přispěvatelé: | Poutou Piñales, Raúl Alberto, Pedroza Rodríguez, Aura Marina, Salcedo Reyes, Juan Carlos, Martínez, María Mercedes, Méndez, Henry Alberto, Rodrigues, José María, Sierra, Rocio, Vera, Ricardo |
Jazyk: | Spanish; Castilian |
Rok vydání: | 2018 |
Předmět: | |
Zdroj: | Repositorio Universidad Javeriana Pontificia Universidad Javeriana instacron:Pontificia Universidad Javeriana |
Popis: | El polietileno (PE) es el más común de los plásticos y su producción global anual ha sido estimada en 82 millones de toneladas (Ramos et al., 2018), siendo el PE de baja densidad (PEBD) el más empleado (Shah et al., 2008). Cumplida su función básica, estas bolsas son, en su mayoría desechadas e incorporadas a los residuos sólidos urbanos (RSU) alcanzando entre el 20-30 % del volumen total de residuos sólidos contenido en los rellenos sanitarios. Con esto se incrementan, de forma importante, los volúmenes de desechos a tratar, se genera contaminación de suelos y aguas (Ojeda et al., 2009) y se afecta la biota y los recursos hídricos a nivel mundial (Eriksen et al., 2014). En respuesta a esta problemática, el manejo actual de residuos de PEBD está orientado hacia el reciclaje (Lazarevic et al., 2010), el desarrollo de alternativas biodegradables o su biodegradación (O’Brine & Thompson, 2010). La biodegradación del PEBD puede ser acelerada por pretratamientos como la fotooxidación, la termooxidación y quimiooxidación al generar grupos químicos carbonilo (C=O) en la superficie del material que pueden facilitar el ataque microbiano. Por ello este trabajo buscó implementar la transformación de láminas de polietileno de baja densidad (PEBD), a través de un proceso fisicoquímicos-microbiológico secuencial, que incluye la descarga de plasma de oxígeno, la fotocatálisis TiO2/UV y la colonización con Pleurotus ostreatus. Se tomaron láminas de PEBD de 3 cm2 y, después de su caracterización química y física preliminar (peso, grosor, rugosidad, hidrofobicidad, tensión, tipo de grupo químicos funcionales y topografía), se sometieron a un pretratamiento con descargas de plasma luminiscente con gas Argón (Ar) y Oxígeno (O2), solos y en mezcla (1:1), empleando diferentes voltajes y presiones, durante seis minutos y a una distancia del cátodo de 5.6 cm, con el objetivo de modificar las propiedades de hidrofobicidad del material. El mejor resultado, ligado a la hidrofobicidad, fue obtenido en O2 100%, presión de 3.0*10-2 mbares y voltaje de 600 V, el cual presentó una mayor disminución de la hidrofobicidad, por incorporación de grupos polares en su superficie, aumento dela rigidez y ablación. Con esas condiciones se sometieron las láminas de PEBD a un proceso de transformación fotocatalítica (fotocatálisis) TiO2/UV. durante 300 horas. Para evaluar si los factores concentración de TiO2 (g L-1) y pH, favorecían la transformación del PEBD pretratado con plasma, se realizó un diseño factorial 22, cuyas variables de respuesta fueron el peso, la rugosidad, la hidrofobicidad, la tensión, el tipo de grupo químicos funcionales y la topografía. El tratamiento T1 (pH 4.5 y 1 gL-1 de TiO2) presentó los valores más significativos para la variable de respuesta peso e hidrofobicidad el cual fue escogido para la realización de una curva de degradación fotocatalítica a 400 horas. Los resultados muestran que la degradación fotocatalítica generando huecos en la superficie del LDPE, mantiene alta la hidrofilia y la rigidez del material, lo que demuestra el efecto sinérgico entre los dos procesos. De forma paralela, las láminas de PEBD pretratadas con plasma de O2 se sometieron a un proceso de transformación biológica con el hongo de podredumbre blanca Pleurotus ostreatus. Para seleccionar las condiciones que favorecieran la colonización del hongo y posterior biotransformación del PEBD, pretratado con plasma, se realizó un diseño experimental de tipo Plackett-Burman a 90 días, empleando agar Rhada semisólido modificado con láminas de PEBD y sobre ellas, un gramo de biomasa fúngica. Después del periodo de incubación, las láminas de PEBD fueron retiradas del agar, sumergidas en agua para desprender biomasa y analizadas con las mismas variables de respuesta mencionadas anteriormente. El tratamiento T2 (glucosa 0.625 gL-1, CuSO4 1.5 mM, ABTS 0.1 mM, pH 5.75) presentó los valores más bajos de hidrofobicidad (alta hidrofilia). Bajo este criterio, se realizó una curva de biotransformación a 150 días donde, a parte de las variables de respuesta empleadas en la descarga de plasma y la fotocatálisis, y también analizadas aquí, se estudió la actividad enzimática del hongo, su crecimiento y producción de producción de pigmentos difusibles. Al exponer al hongo a PEBD previamente irradiado con plasma de O2, se observó alta actividad ligninolíticas y alta liberación de pigmentos tipo, lo que muestra el estrés metabólico de P. ostreatus al exponerlo al polímero. Igualmente las imágenes de SEM revelaron una colonización del PEBD del 89% Por otra parte, las variables asociadas al PEBD, mostraron disminución en la hidrofobicidad y pequeños cambios en la estructura química, como la disminución de dobles enlaces y la aparición de algunos grupos polares, lo que sugiere que el tratamiento secuencial (descarga de plasma + P. ostreatus) generó una biotransformación parcial del material, la cual se soporta con la disminución de las bandas características del LPDE y la presencia de grupos carbonilos, peróxidos y alcoholes, observados a través de FTIR. De igual forma, los ensayos realizados empleando dos tipos de láminas de PEBD oxodegradable, pretratadas con plasma, y crecidas sobre medio Radha semisólido y luego en un sistema de microcosmos, dan cuenta, en una de ellas, de procesos de transformación, tanto fisicoquímica como microbiológica. Pontificia Universidad Javeriana Polyethylene (PE) is the most common of plastics and its annual global production has been estimated at 82 million tons (Ramos et al., 2018), with low density PE (LDPE) being the most used (Shah et al. ., 2008). Once their basic function has been fulfilled, these bags are mostly discarded and incorporated into urban solid waste (MSW), reaching between 20-30% of the total volume of solid waste contained in landfills. This increases, in an important way, the volumes of waste to be treated, soil and water pollution is generated (Ojeda et al., 2009) and affects biota and water resources worldwide (Eriksen et al., 2014 ). In response to this problem, the current management of LDPE waste is oriented towards recycling (Lazarevic et al., 2010), the development of biodegradable alternatives or their biodegradation (O'Brine & Thompson, 2010). The biodegradation of LDPE can be accelerated by pretreatments such as photooxidation, thermooxidation and chemooxidation by generating carbonyl chemical groups (C = O) on the surface of the material that can facilitate microbial attack. Therefore, this work sought to implement the transformation of low density polyethylene sheets (LDPE), through a sequential physicochemical-microbiological process, which includes oxygen plasma discharge, TiO2 / UV photocatalysis and colonization with Pleurotus ostreatus. LDPE sheets of 3 cm2 were taken and, after their preliminary chemical and physical characterization (weight, thickness, roughness, hydrophobicity, tension, type of functional chemical group and topography), they were subjected to a pretreatment with luminescent gas discharges with gas Argon (Ar) and Oxygen (O2), alone and in a mixture (1: 1), using different voltages and pressures, during six minutes and at a distance of the cathode of 5.6 cm, with the objective of modifying the hydrophobicity properties of the material. The best result, linked to hydrophobicity, was obtained in 100% O2, pressure of 3.0 * 10-2 mbar and voltage of 600 V, which showed a greater decrease in hydrophobicity, by incorporation of polar groups on its surface, increase of rigidity and ablation. With these conditions, the PEBD sheets were subjected to a photocatalytic transformation process (photocatalysis) TiO2 / UV. for 300 hours. To evaluate whether the factors TiO2 concentration (g L-1) and pH, favored the transformation of LDPE pretreated with plasma, a factorial design 22 was carried out, whose response variables were weight, roughness, hydrophobicity, tension, the type of functional chemical group and the topography. The T1 treatment (pH 4.5 and 1 gL-1 of TiO2) presented the most significant values for the weight and hydrophobicity response variable which was chosen for the realization of a photocatalytic degradation curve at 400 hours. The results show that the photocatalytic degradation generating holes in the surface of the LDPE, maintains high hydrophilicity and rigidity of the material, which demonstrates the synergic effect between the two processes. In parallel, the PEBD sheets pretreated with O2 plasma were subjected to a biological transformation process with the white rot fungus Pleurotus ostreatus. To select the conditions that favored the colonization of the fungus and subsequent biotransformation of the LDPE, pretreated with plasma, an experimental design of the Plackett-Burman type was performed at 90 days, using Rhada semisolid agar modified with LDPE sheets and on them, one gram of fungal biomass. After the incubation period, the PEBD sheets were removed from the agar, submerged in water to release biomass and analyzed with the same response variables mentioned above. The T2 treatment (glucose 0.625 gL-1, 1.5 mM CuSO4, 0.1 mM ABTS, pH 5.75) had the lowest hydrophobicity values (high hydrophilicity). Under this criterion, a biotransformation curve was performed at 150 days where, apart from the response variables used in the plasma discharge and photocatalysis, and also analyzed here, the enzymatic activity of the fungus, its growth and production were studied. production of diffusible pigments. By exposing the fungus to LDPE previously irradiated with O2 plasma, high ligninolytic activity and high release of type pigments were observed, which shows the metabolic stress of P. ostreatus when exposed to the polymer. Likewise, the SEM images revealed a colonization of the LDPE of 89%. On the other hand, the variables associated to the LDPE showed a decrease in the hydrophobicity and small changes in the chemical structure, such as the decrease of double bonds and the appearance of some polar groups. suggesting that the sequential treatment (plasma discharge + P. ostreatus) generated a partial biotransformation of the material, which is supported by the decrease of the LPDE characteristic bands and the presence of carbonyls, peroxides and alcohols groups, observed through of FTIR. In the same way, the tests carried out using two types of sheets of oxodegradable LDPE, pretreated with plasma, and grown on semi-solid Radha medium and then in a microcosm system, account, in one of them, for transformation processes, both physicochemical and microbiological Doctor en Ciencias Biológicas Doctorado |
Databáze: | OpenAIRE |
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