Producción de catalizadores usando residuos de la industria cafetera para la eliminación de contaminantes orgánicos provenientes de aguas residuales de plantas de beneficio del café

Project Details

Description

Esta investigación se enmarca en la solución de dos problemáticas ambientales; la primera relacionada con el aprovechamiento de residuos agroindustriales y la segunda asociada a la presencia de contaminantes orgánicos en aguas residuales de plantas de beneficio del fruto de café. La contaminación del agua representa un gran problema a nivel medio ambiental; dado que éste surge como consecuencia del creciente desarrollo industrial y económico. De ahí que, la descarga de corrientes de desecho de diferentes sectores industriales en fuentes de agua es responsable de la introducción de contaminantes tales como los metales pesados, nutrientes, contaminantes orgánicos, entre otros. En este sentido, las aguas residuales constituyen una mezcla multicomponente de diferentes tipos de contaminantes.

El café es un producto agrícola fundamental a nivel global, con alta demanda para la elaboración de bebidas y otros productos alimenticios. Es relevante señalar que, en cualquier proceso agroindustrial, se produce una forma de residuo, ya sea en estado sólido, líquido o gaseoso. Estos residuos suelen tener altos niveles de demanda biológica de oxígeno, lo que causa diversos problemas, incluyendo costos asociados a su recolección, eliminación y tratamiento, así como la consiguiente pérdida de materia prima valiosa, debido a su subutilización. Uno de estos residuos comunes en países altamente productores de café, como Colombia, es la cáscara de café. En consecuencia, grandes cantidades de este residuo se desechan directamente, generando un impacto negativo en el entorno. No obstante, la sostenibilidad de la cadena de producción cafetera enfrenta un desafío esencial, dada la alta cantidad de subproductos generados, la cual incluye enormes cantidades de residuos sólidos y aguas residuales. De ahí que, la industria cafetera debe buscar alternativas sostenibles para la gestión de estos subproductos y tecnologías adecuadas para tratar sus aguas residuales, promoviendo así una gestión más responsable y sostenible.

Como consenso de la literatura, es conocido que la presencia de compuestos contaminantes en fuentes de agua genera efectos adversos en los ecosistemas terrestres y acuáticos y en la salud de los seres humanos. Por lo tanto, se ha hecho necesaria la búsqueda y el desarrollo de metodologías que permitan la remoción de los diferentes contaminantes del recurso hídrico. Como una tecnología eficiente y de fácil aplicación, la absorción ha encontrado bastante uso. Sin embargo, la producción de un material absorbente eficiente y de bajo costo continúa siendo un desafío en la actualidad. Por otra parte, los procesos de oxidación avanzada son altamente eficaces para la degradación de contaminantes orgánicos dado que son altamente efectivos en la descomposición de compuestos orgánicos recalcitrantes y persistentes en agua, logrando altas velocidades de degradación, tienen la capacidad de convertir los contaminantes orgánicos complejos en compuestos inorgánicos más simples y menos tóxicos y pueden eliminar una amplia gama de contaminantes. Además, al mineralizar los contaminantes orgánicos, los procesos de oxidación avanzada reducen la carga orgánica en el agua, contribuyendo así a la mejora de la calidad del agua. Y no menos importante, pueden utilizarse en combinación con otros métodos de tratamiento de aguas para obtener una eliminación más completa de los contaminantes.

De ahí que, este proyecto se centra en el desarrollo de estrategias de tratamiento de aguas combinando la absorción y procesos de oxidación avanzada para la eliminación de contaminantes orgánicos presentes en las aguas residuales de la industria cafetera. Dados los altos volúmenes generados de biomasa residual producida por los procesos de la industria del café, estos materiales de desecho son materias primas prometedoras para la elaboración de catalizadores soportados, ya que pueden actuar como sustratos que dan soporte y permiten la dispersión de la fase activa. Por tanto, la implementación de esta investigación busca dar un valor agregado a los residuos sólidos generados en la industria cafetera, obteniendo materiales carbonosos que servirán como soportes para la deposición de óxidos metálicos, los cuáles actuarán como catalizadores en la degradación de contaminantes orgánicos presentes en aguas residuales procedentes de plantas de beneficio del fruto de café. De esta manera, el proyecto busca no solo mitigar la contaminación ambiental generada por la industria del café en aguas residuales, sino también fomentar la economía circular al reutilizar y valorizar estos desechos agroindustriales, contribuyendo a un futuro más sostenible de la industria cafetera.

Objective

Objetivo General: Evaluar la eficiencia catalítica de un material carbonoso derivado de desechos de la industria cafetera, con incorporación de fotocatalizador, para la eliminación de contaminantes orgánicos en aguas residuales provenientes de plantas de beneficio del fruto de café.

Objetivos específicos:
•Desarrollar y caracterizar fisicoquímicamente materiales carbonosos obtenidos a partir de materiales de desecho de plantas de beneficio del fruto del café.
•Sintetizar y caracterizar catalizadores heterogéneos con diferentes fases metálicas soportadas en los materiales carbonosos.
•Estudiar el efecto sinérgico entre procesos de absorción y degradación, evaluando el mejor catalizador obtenido para la eliminación de contaminantes orgánicos en las aguas residuales generadas en plantas de beneficio del fruto del café.

Expected results

Resultados esperados de la investigación:
- Obtención de un material carbonoso con propiedades fisicoquímicas adecuadas para soportar fases metálicas activas para la degradación de contaminantes orgánicos presentes en aguas residuales de plantas de beneficio del fruto del café.
- Obtención de un material catalítico con propiedades fisicoquímicas adecuadas para la eliminación de contaminantes orgánicos presentes en aguas residuales de plantas de beneficio del fruto del café.
- Determinación de la capacidad de absorción del material carbonoso sin incorporación de la fase metálica activa.
- Determinación del potencial catalítico de los catalizadores heterogéneos preparados.
- Establecimiento de correlaciones entre los resultados de caracterización y el comportamiento catalítico.

Productos esperados de la investigación:
- Productos resultado de actividades de generación de nuevo conocimiento:
Un (1) Artículo ISI WOS o Scopus, aceptado en revista Q1 o Q2 (Diciembre 2024, responsables: Investigadora Principal y Coinvestigadora)
- Productos de actividades relacionadas con la Formación de Recurso Humano en CTeI: Vinculación de un estudiante de pregrado al proyecto Diciembre 2024, responsables: Investigadora Principal y Coinvestigadora)
- Productos resultado de actividades de apropiación social del conocimiento:
Participación en evento de investigación nacional y/o internacional Diciembre 2024, responsables: Investigadora Principal y Coinvestigadora)
Fortalecimiento de redes de investigación nacionales y/o internacionales Diciembre 2024, responsables: Investigadora Principal y Coinvestigadora)
Short titleProducción de catalizadores residuos industria cafetera
AcronymProducción de catalizadores residuos industria cafetera
StatusActive
Effective start/end date22/01/2430/01/25