Programa Analítico para el Profesorado en Química
Remediación de Aguas contaminadas con iones metálicos pesados de origen industrial.
PROGRAMA ANALITICO
Carrera: Profesorado en Química
Profesorado en Química (electiva)
Fundamentación:
En los últimos años, un gran número de Químicos se han comenzado a involucrar con la enseñanza de temáticas relacionadas con problemas del Ambiente. Diversos Departamentos Académicos de Química en el mundo, han informado el gran interés de los estudiantes a nivel de pregrado y posgrado por temas relacionados con el Ambiente Natural. Las Industrias muestran cada vez más interés por egresados de las Carreras de Ciencias Básicas preparados en temas de Química Ambiental, lo cual les ayuda a evitar dificultades con los Entes Reguladores del País, adecuando sus laboratorios e infraestructura edilicia de la Planta Industrial para desarrollar procesos y productos que eviten la Polución Ambiental. El presente curso, intenta informar sobre los enfoques dentro del ámbito de la Química para lograr evitar los procesos de Polución, ocasionado por la contaminación de las aguas naturales con iones metálicos pesados provenientes de la actividad industrial, destacándose las medidas modernas, eficientes y de bajo costo de remediación, como la Biosorción. De este modo se logrará complementar la formación en Química General y Química Inorgánica necesaria para un Profesor en Química, en los conceptos de los procesos de remediación de aguas y recuperación de recursos hídricos; lo cual permitirá su capacitación para el dictado de asignaturas a nivel medio y superior que contemplen la temática de contaminación de aguas.
CARGA HORARIA
Cuatrimestral
Teoría: 6 h semanales durante 3 semanas
Tarea de Aula: 5 h semanales durante 3 semanas
Laboratorio: 4 h semanales durante 3 semanas
Total de horas: 45 h
Inserción de la asignatura en el plan de estudios
Remediación de aguas contaminadas con iones metálicos pesados de origen industrial: se constituye en una de las materias electivas en el Plan de Estudios de la Carrera: Profesorado en Química, que se cursa en la Facultad de Bioquímica y Farmacia de la Universidad Nacional de Rosario; dictada por el Departamento de Química Física de la mencionada Casa de Altos Estudios. Es una materia que permite visualizar los conceptos de Química General e Inorgánica, Química Orgánica, Fisicoquímica, Química Analítica, Química Biológica y Química Acuática en el Ambiente Natural. En esta electiva, el estudiante puede integrar todos los Equilibrios Químicos en el concepto de Equilibrios Competitivos, sumados a los Equilibrios Físicos.
Conocimientos previos requeridos:
Corresponden a aquellos que fueran adquiridos durante el cursado de la Carrera, en los años anteriores a esta electiva; como ser los conceptos básicos vertidos por las Químicas: General, Inorgánica, Orgánica, Fisicoquímica y Analítica.
Objetivos:
Generales:
Caracterizar y conceptualizar la integración de equilibrios físicos y químicos que gobiernan la Química Acuática y las alteraciones producidas en los cuerpos acuíferos por efectos de la Polución Ambiental debido al vertido de iones metálicos pesados provenientes de la actividad industrial. Analizar los efectos ocasionados en los sistemas biológicos, por este tipo de polución ambiental.
Específicos:
Se detallan a continuación:
Tema 1:
REVISION DE CONCEPTOS DE EQUILIBRIOS COMPETITIVOS:
Interrelación entre los equilibrios ácido-base, de precipitación, de coordinación y equilibrios redox.
Tema 2:
ESTUDIOS CINÉTICOS Y DE EQUILIBRIO EN LA ADSORCIÓN DE METALES PESADOS EMPLEANDO BIOSORBENTES
Isotermas funcionales a dos parámetros: Isotermas de Freundlich, Langmuir, Temkin, Dubini-Radushkevich, Flory-Huggins, Halsey, Modelo de Brunauer-Emmer.Teller, Isotermas funcionales a tres parámetros: Isoterma de Sips, Toth, Isoterma de Redlich-Paterson, Isoterma de biosorción de iones metálicos pesados multicomponentes. Estudios cinéticos en biosorción de metales pesados empleando diferentes biosorbentes: Cinética de pseudo-primer orden o Cinética de Largengren, Cinética de pseudo-segundo orden o Cinética de Ho, Modelos cinéticos de sorción de Weber-Morris, Modelo cinético reversible de primer orden:
Tema 3:
TÉCNICAS ESPECTROSCÓPICAS APLICADAS PARA DETERMINAR EL MECANISMO DE RETENCIÓN DEL ION METÁLICO POR PARTE DE LA BIOMASA.
Aplicaciones de las espectroscopía de reflectancia difusa, Resonancia Paramagnética Electrónica, Resonancia Magnética Nuclear, Espectroscopia Infrarroja, Espectroscopia de Absorción de Rayos X, Espectroscopia XPS; para determinar el grado de retención de un ion metálico pesado sobre la superficie de una dada biomasa.
Tema 4:
MODELADO MATEMÁTICO DE UN PROCESO DE EQUILIBRIO DE SORCIÓN.
Tipos de modelo de sorción. Modelos de sorción ideales. Reacciones de sorción y su modelado correspondiente. Modelos Langmuirianos relacionados a constantes de equilibrio: Modelos de interacción electrostática. Efectos de pH. Modelos que consideran no idealidad solamente en fase líquida. Modelos que consideran no idealidad en fase sólida. Influencia de la fuerza iónica: Modelo de Donnan. Modelo de Wilson para el intercambio iónico.
Objetivos específicos, Unidades temáticas 1 a la 4:
Lograr que el alumno, repase y adquiera los conceptos básicos que son necesarios para un acercamiento a estudios relacionados con un proceso de remediación económico, eficiente y rápido como lo es, el proceso de biosorción de metales pesados por parte de biomasa muerta.
Tema 5:
PROCESOS DE BIOSORCIÓN EN SISTEMAS CONTÍNUOS
Reactores de flujo continuo. Sistemas de sorción en columnas de lecho fijo. Sistemas de sorción en columnas de lecho en flujo. Sistemas de sorción mixtos. Definición de las características de un modelo de equilibrio en columna. Conceptos básicos de un modelo de equilibrio en columna. Convención de símbolos. Ecuaciones para la transición de un modelo de equilibrio en columna. Estudios de casos particulares.
Objetivo específico, Unidad temática 5:
Interiorizar al alumno, de la ventaja de trabajar en reactores continuos con respecto a trabajar en reactores discontinuos, en un proceso de sorción de metal pesado por biomasa muerta. Lograr que el alumno adquiera los conocimientos básicos que gobiernan los procesos operativos en escala piloto y en escala industrial.
Tema 6:
PREPARACIÓN DE MATERIAL BIOSORBENTE.
Fuente de biomasa. Biomasa de carácter industrial. Algas. Caracterización de las partículas de sorbente. Tamaño de la partícula. Forma de la partícula. Fuerza mecánica. Densidad e hinchamiento. Refuerzo de biomasa o biomasa modificada para aumentar la eficiencia de qmax. Procedimiento de entrecruzamiento. Técnicas de granulación. Extrusión. Caída de presión en la columna.
Objetivo específico, Unidad temática 6:
Lograr que el alumno adquiera los conocimientos básicos que gobiernan la eficiencia de la biomasa en procesos en columna a escala industrial.
Tareas de aula
Se desarrollarán seis tareas de aula en los que se aplicarán los conceptos desarrollados en las unidades temáticas 1- 6, para la resolución de casos informados en la literatura y la enseñanza en escuela media de la problemática de contaminación de aguas por metales pesados.
Objetivo específico: Aplicación de los conocimientos adquiridos en el tratamiento teórico de los temas detallados anteriormente a la resolución de casos reales.
Laboratorios
Se desarrollarán tres laboratorios en los que se aplicarán los conceptos desarrollados en las unidades temáticas 1- 6,
Laboratorio No. 1: Aplicaciones de los modelos cinéticos y de isotermas a la sorción de un oxoanión contamínate (por ejemplo HCrO4-, MoO42-, etc.) por parte de biosorbentes de bajo costo como ser cáscara de cítricos, algas o salvados. Interpretación y discusión mecanística.
Laboratorio No. 2: Aplicaciones de los modelos cinéticos y de isotermas a la sorción de cationes contaminates (por ejemplo Cr3+, VO2+, etc.) por parte de biosorbentes de bajo costo como ser cáscara de cítricos, algas o salvados. Interpretación, discusión mecanística y comparación con los resultados obtenidos para la sorción de oxoaniones contaminantes.
Laboratorio No.3: Estudio de un proceso de sorción de un contaminante derivado de metal pesado en una columna de lecho fijo empacada con diferentes tipos de sorbentes de bajo costo.
Objetivo específico: Aplicación experimental de los conocimientos adquiridos en el tratamiento teórico de los temas detallados anteriormente.
BIBLIOGRAFIA:
Últimas ediciones de:
-Sorption and Biosorption. Bohumil Volesky. Editor. BV Sorbec Inc. Montreal. St. Lamber, Québec, Canada (2003).
- Theory of chemisorptions. J.R. Smith, Editor. Springer, New York (2011).
- Handbook of Water and Wastewater Treatment Technologies. Nicholas P. Cheremisinoff, Butterworth-Heinemann Ed. Boston (2002).
- Material actualizado publicado en la literatura científica tal como: Journal of Hazardous Material, Environmental Science and Technology, BIoresource Technology, Chemosphere.
EVALUACIÓN
La asignatura es de promoción directa
Condición de acreditación. Para alcanzar la regularidad, el alumno deberá tener una asistencia del 80 % de las clases teórico-prácticas, haber asistido y aprobado al menos 2 de los prácticos de laboratorio y rendido un examen escrito con aprobación de 60 puntos sobre un total de 100 puntos. Habiendo adquirido todos estos requisitos la asignatura será acreditada.
En condición de libre, el alumno deberá rendir un examen global.
Personal docente afectado:
Prof. Adj. Dr. Sebastián E. Bellú
Prof. Adj. Dr. Juan C. González
JTP Dra. María I. Frascaroli
JTP Dr. Fernando Bertoni
Aux 1º Dra. María F. Mangiameli
Aux 1º Dra. Bárbara Pérez Mora