En el presente Trabajo se ha investigado la biosorción de Cu(II) a partir de soluciones diluidas mediante la utilización de las perlas alginato de calcio obtenidas a partir de un gel de alginato de sodio. Los experimentos sobre el efecto del pH en el proceso de biosorción de Cu(II) por las perlas de alginato de calcio, mostraron que el rango óptimo de pH se encontraba entre 4.5-5.1. Del estudio de la cinética de biosorción de Cu(II) por las perlas húmedas y secas de alginato de calcio, se determinó que el equilibrio se alcanzó más rápidamente con las perlas húmedas que con las perlas secas; pues las perlas húmedas se saturaron a las tres horas del inicio del proceso de biosorción y sólo lograron un porcentaje de remoción de Cu(II) del 18.03%, mientras que las perlas secas se saturaron a las veinticuatro horas del inicio del proceso de biosorción logrando un porcentaje de remoción de Cu(II) del 87.79%. Por esta razón en los estudios siguientes se utilizaron las perlas secas de alginato de calcio. Los resultados de los experimentos en batch se procesaron con la ayuda de las ecuaciones de Langmuir y Freundlinch. La máxima capacidad de biosorción de Cu(II) de las perlas secas de alginato de calcio (Qmáx) fue de 80.645 mg/g. También se estudió el proceso de biosorción de Cu(II) en una columna empaquetada con perlas de alginato de calcio. El análisis de los resultados preliminares demostró que las perlas de alginato pueden ser usadas para la purificación de las aguas de efluentes industriales, además la columna puede ser regenerada múltiples veces con una concentración adecuada de HCl(ac). / --- In the present work the biosorption of Cu(II) from diluted solutions by using calcium alginate beads obtained from sodium alginate gel has been investigated. The experiments about the effect of pH on the biosorption process of Cu(II) by Calcium alginate beads showed that the optimun pH was between 4.5-5.1. From the study of biosorption Kinetic of Cu(II) by calcium alginate weat beads and calcium alginate dry beads, was determined that the equilibrium was obtained faster by calcium alginate wet beads than by calcium alginate dry beads, because calcium alginate wet beads got saturation first at three hours from the beginnnig of biosorption process and they only removed 18.03% of Cu(II), while calcium alginate dried beads got saturation at twenty four hours from the beginning of biosorption process and they removed 87.79% of Cu(II). For this reason in the next studies calcium alginate beads were used. The results of batch experiments were processed by the help of Langmuir and Freundlinch ecuations. The maximun biosorption capacities for Cu(II) of calcium alginate dry beads was 80.645 mg/g. The biosorption process of Cu(II) was also studied in a column packed with calcium alginate beads. The analysis of preliminar results showed that calcium alginate beads can be used to purify the industrial wastewater, furthermore the column can be regenerated many times with an adequate concentration of HCl(ac).

Realiza el estudio de la transición de fase líquido-sólido de las nanopartículas libres de plata AgN, donde N = 147, 309, 561, 923, 1415, 2057, 2869, 3871 y 5083 con diámetro entre 1.7 y 5.5 nm que corresponden a números mágicos relativos a la geometría icosaédrica. El estudio de la transición se realiza mediante dinámica molecular, usando simulaciones canónicas siendo la temperatura controlada por el termostato de Andersen. Las ecuaciones de movimiento atómico fueron integradas numéricamente por el algoritmo de Gear predictor-corrector de 5to orden y un paso de tiempo de 2 fs (2 × 10−15 s). Las nanopartículas fueron enfriadas en etapas sucesivas desde 1000 hasta 325 K y calentadas según el tamaño hasta 1000 o 1300 K (N > 1000) en intervalos de 25 K. En cada intervalo se usaron 20000 pasos de simulación para equilibrar las nanopartículas a cada temperatura, lo cual definió una rapidez de enfriamiento y calentamiento de 6,25 × 1011 K/s. Se estimó la dependencia de la energía interna de las nanopartículas con respecto a la temperatura, de cuyo análisis se obtuvieron sus propiedades termodinámicas tales como la capacidad calorífica en el estado sólido y líquido, el calor latente y la temperatura de fusión y solidificación. El análisis de pares y la función de distribución par se usaron para estudiar los cambios estructurales de las nanopartículas durante la simulación de la solidificación. Del análisis estructural se observó claramente una conexión entre la relación superficie/volumen de las nanopartículas y su evolución estructural. Las nanopartíıculas con ns > 50% y ns < 50% solidifican a estructuras con tendencia no cristalina y cristalina, respectivamente. Donde ns es el porcentaje de átomos en la superficie sobre el total. La solidificación de la nanopartícula Ag923 (d 3,14 nm) fue simulada utilizando una velocidad de enfriamiento de 5 × 109 K/s. También se hizo un análisis estructural, de la cual se pudo comparar su evolución con la teoría de nucleación homogénea. Se demostró que la transición de fase se dio mediante la creación de embriones de la nueva fase que al aumentar de tamaño y disminuir la temperatura se hacen más estables como describe la teoría de nucleación. Sin embargo, el parecer hay una discordancia entre el tamaño crítico predicho por la teoría y la calculada por la simulación. / Tesis

En el presente Trabajo se ha investigado la biosorción de Cu(II) a partir de soluciones diluidas mediante la utilización de las perlas alginato de calcio obtenidas a partir de un gel de alginato de sodio. Los experimentos sobre el efecto del pH en el proceso de biosorción de Cu(II) por las perlas de alginato de calcio, mostraron que el rango óptimo de pH se encontraba entre 4.5-5.1. Del estudio de la cinética de biosorción de Cu(II) por las perlas húmedas y secas de alginato de calcio, se determinó que el equilibrio se alcanzó más rápidamente con las perlas húmedas que con las perlas secas; pues las perlas húmedas se saturaron a las tres horas del inicio del proceso de biosorción y sólo lograron un porcentaje de remoción de Cu(II) del 18.03%, mientras que las perlas secas se saturaron a las veinticuatro horas del inicio del proceso de biosorción logrando un porcentaje de remoción de Cu(II) del 87.79%. Por esta razón en los estudios siguientes se utilizaron las perlas secas de alginato de calcio. Los resultados de los experimentos en batch se procesaron con la ayuda de las ecuaciones de Langmuir y Freundlinch. La máxima capacidad de biosorción de Cu(II) de las perlas secas de alginato de calcio (Qmáx) fue de 80.645 mg/g. También se estudió el proceso de biosorción de Cu(II) en una columna empaquetada con perlas de alginato de calcio. El análisis de los resultados preliminares demostró que las perlas de alginato pueden ser usadas para la purificación de las aguas de efluentes industriales, además la columna puede ser regenerada múltiples veces con una concentración adecuada de HCl(ac). / In the present work the biosorption of Cu(II) from diluted solutions by using calcium alginate beads obtained from sodium alginate gel has been investigated. The experiments about the effect of pH on the biosorption process of Cu(II) by Calcium alginate beads showed that the optimun pH was between 4.5-5.1. From the study of biosorption Kinetic of Cu(II) by calcium alginate weat beads and calcium alginate dry beads, was determined that the equilibrium was obtained faster by calcium alginate wet beads than by calcium alginate dry beads, because calcium alginate wet beads got saturation first at three hours from the beginnnig of biosorption process and they only removed 18.03% of Cu(II), while calcium alginate dried beads got saturation at twenty four hours from the beginning of biosorption process and they removed 87.79% of Cu(II). For this reason in the next studies calcium alginate beads were used. The results of batch experiments were processed by the help of Langmuir and Freundlinch ecuations. The maximun biosorption capacities for Cu(II) of calcium alginate dry beads was 80.645 mg/g. The biosorption process of Cu(II) was also studied in a column packed with calcium alginate beads. The analysis of preliminar results showed that calcium alginate beads can be used to purify the industrial wastewater, furthermore the column can be regenerated many times with an adequate concentration of HCl(ac).

El documento digital no refiere asesor / La investigación está basada en dos objetivos principales. El primero consiste en la comprension de la síntesis, funcionalizacion y explicación de los mécanismos de adsorcion que gobiernan en los sistemas conformados por nanopartículas (Nps) magnéticas, especialmente en nanopartículas de maghemita. Por lo cual, se ha usado la ruta de co-precipitacion química, debido a que es una ruta confiable y adecuada para aplicaciones en temas de remediación ambiental y del agua; ya que, la misma produce cantidades adecuadas en terminos de masa, es decir que es una ruta escalable. Además, las muestras estudiadas han sido caracterizadas de forma exhaustiva por el autor con el objetivo de estudiar en detalle las propiedades físico-químicas. Entre los resultados más sobresalientes, la formación de una fase poco común de maghemita con vacancias ordenadas usando ácido cítrico fue alcanzada, dicha fase no fue modificada cuando se coloco inmersa en una matriz de hidroxiapatita con el objetivo de lograr la funcionalización. Una investigación detallada usando los métodos de Le-Bail, espectroscopía de fotoelectrones emitidos por rayos X (XPS) y Mossbauer mostraron que un ambiente hidratado formado por una interface de Fe-citrato jugo un rol significante en el mecanismo de funcionalización del nanocomposito, el cual adsorbió casi todo el Cu(II) en solución y completamente el Pb(II) en solución en un tiempo menor a 7 h. Los efectos físicos superficiales presentes en algunas muestras, tales como el efecto de exchange bias (EB) y vidrio de espín (spin glass) fueron estudiados por magnetometría DC y AC, donde se demostró que los grupos carboxílicos del acido etilendiamino-tetraacético (EDTA) suprime el efecto de no colinealidad del espín y el comportamiento EB, este efecto también fue explicado debido a la formacion de una capa antiferromagnética (AFM) proveniente de un hidróxido de Fe conocido como lepidocrocita. Un procedimiento de ajuste Mossbauer a diferentes temperaturas para nanopartículas presentando efectos de relajación superparamagnética y excitaciones magnéticas colectivas es también discutido. El diámetro promedio de los nanosistemas, diez muestras en total, se encuentra en el rango entre 3 a 17 nm en tamaño, el cual fue estimado del refinamiento Rietveld e Imágenes de Microscopía Electrónica de Transmisión (MET). Las nanopartículas revelaron alta estabilidad coloidal, la cual fue cuantificada por las medidas de potencial zeta mostrando que la ruta de coprecipitación fue mejorada por la funcionalización de las nanopartículas magneticas. A su vez, se mostró que las nanopartículas adsorben cantidades significativas de cobre y plomo. Siendo el último totalmente adsorbido por las diez muestras sin y con funcionalización de los diferentes agentes. El segundo objetivo reside en el desarrollo de un protocolo fácil de manejar, que sea ambientalmente seguro y barato para la adsorción y remoción de arsénico del agua. Por lo cual Nps puras de maghemita y nanocompositos binarios y tenarios hechos de estas Nps con dióxido de titanio (TiO2) y óxido de grafeno (GO) fueron sintetizados, caracterizados y aplicados en la adsorción de las especies inorgánicas de As, arsenito, As(III) y arseniato, As(V) de un ambiente acuoso. Las nanopartículas de maghemita mostraron una alta capacidad maxima de adsorción con valor de 83 mg/g para As(III) y 90 mg/g para As(V). Por lo tanto, las nanopartículas por sí solas poseen una remarcable capacidad de adsorción. Estos valores fueron ligeramente modificados cuando el TiO2 fue adicionado y una alta mejora en la capacidad de adsorción fue observada cuando el GO actuó como soporte incrementando de un valor de 83 mg/g a 110 mg/g para As(III) y de 90 a 127 mg/g para As(V), respectivamente. Ademas, los nanocompositos fueron rápidamente colectados con ayuda de una magneto permanente de Neodimio (Nd) en menos de 10 min. La capacidad de adsorción en función del pH fue evaluada y ayudó a explicar los mecánismos de adsorción de As. Los límites de cuantificación poseen valores por debajo de los establecidos por la Organización Mundial de la Salud (OMS) y la Dirección General de Salud Ambiental (DIGESA). Finalmente, recomiendo estos prototipos como adsorbentes de bajo costo con excelentes propiedades adsorbativas para cobre, plomo y arsénico, los cuales son metales pesados tóxicos que se encuentran comúnmente en sistemas acuosos. / Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Perú). Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (Fondecyt) / Tesis

Los objetivos del estudio fueron conocer la viabilidad de las semillas, y evaluar el desarrollo de Lupinus ballianus, L. condensiflorus y Astragalus garbancillo en suelos contaminados con cadmio, plomo y zinc y el uso potencial de estas especies en la fitorrestauración de suelos contaminados con metales pesados. El trabajo fue realizado en el invernadero en Lachaqui, Canta, región Lima, y en el Laboratorio de Fitología Aplicada en la Universidad Nacional Mayor de San Marcos. La prueba de germinación de las semillas fue realizada en placas petri e incubadas en una cámara de crecimiento a una temperatura de 21/15 °C, un fotoperiodo de 12 horas día / y 12 horas noche, humedad relativa (80% día/ 90% noche), y una iluminación de 4800 lux: La prueba de emergencia de las plántulas fue realizado en un sustrato preparado en un diseño experimental completamente al azar. El contenido de la humedad de las semillas fue calculado en base al peso seco. Asimismo, el desarrollo de las tres especies vegetales fue evaluado con 12 tratamientos de relave de mina, y la unidad experimental fue una maceta de 19 cm de diámetro y 5 kg de capacidad. El experimento se realizó mediante el diseño experimental factorial completo de 3 x 4, y la distribución de las unidades experimentales de los tratamientos se realizó al azar, con 5 repeticiones por cada tratamiento. La acumulación de cadmio, plomo y zinc en los tejidos de las plantas se determinó mediante el método de absorción atómica. Las semillas con escarificación mecánica de lijado de la testa e inducidas en oscuridad, permitió una alta germinación de Lupinus ballianus L. condensiflorus y Astragalus garbancillo. Por lo tanto, las semillas escarificadas favorecieron la emergencia de plántulas en el sustrato, y la mayor emergencia de plántulas se obtuvo en Astragalus garbancillo. El mayor contenido de humedad en las semillas fue registrado en Astragalus garbancillo. La longitud de planta, el número de hojas y la producción de biomasa en las tres especies disminuyeron significativamente con el tratamiento de 100% de relave de mina. Los mayores valores de acumulación de cadmio total, plomo total, zinc total; y el contenido de estos metales en las raíces de Lupinus ballianus, L. condensiflorus y en Astragalus garbancillo, fueron obtenidos con el tratamiento de 100% de relave de mina. El factor de bioconcentración de cadmio en las tres especies fue > 1. Pero, el factor de bioconcentración y de transferencia de plomo y zinc en las tres especies fue < 1, en conclusión, las tres especies son fitoestabilizadores de metales pesados. / Tesis

Estudio del potencial del polvo de carbón proveniente de las minas de carbón mineral de la zona norte del departamento de Ancash pertenecientes a la cuenca carbonífera del Santa para el tratamiento de metales pesados en efluentes líquidos. El polvo de carbón utilizado para esta investigación pertenece según la clasificación A.S.T.M. al tipo de carbón: Antracita, grupo: Meta Antracita; establecido en el estudio de 1983 del Instituto Geológico Minero y Metalúrgico del Perú. En laboratorio se prepara polvo de carbón sin activar y activado, la activación del polvo de carbón se realiza mediante la técnica de calentamiento dieléctrico a través de radiación electromagnética, posteriormente se realiza los ensayos de laboratorio para determinar el potencial de adsorción del polvo de carbón mediante el cálculo del porcentaje de remoción en una solución sintética de cromo. / Tesis

Desarrolla aspectos esenciales referidos al carbón mineral; sus principales características fisicoquímicas, petrográficas, mineralógicas y los procesos de lavabilidad y flotación. La caracterización del carbón estudiado es un carbón bituminoso de alto contenido volátil, con un buen rendimiento energético y baja concentración de cenizas y azufre. Se ha estudiado la eliminación de materia mineral con especial hincapié en el azufre, mejoramiento del carbón fijo y el poder calorífico del carbón mineral de las minas San Alejandro, Oyón. Del estudio de caracterización del carbón mineral estudiado se ha determinado una granulometría promedio de 93.51% a una malla -200, una dureza de 3, densidad aparente de 1.30 gr/cm3, densidad real de 1.72 gr/cm3 y una porosidad de 0.79%. Respecto al análisis inmediato los promedios de las muestras en base seca son de 0.78 % de Humedad, 18.73 % de Materia Volátil, 17.33 % de Cenizas y 60.24 % de Carbón Fijo, Poder Calorífico Superior de 7257.31 Kcal/kg y un Poder Calorífico inferior de 7239.80 Kcal/kg. El análisis microscópico muestra la presencia de 96.91 % de Grafito (grf) y 3.09% de Pirita (py). Las fracciones de finos de estos carbones estudiados en este trabajo han sido tratadas mediante Lavabilidad y Flotación con espumantes. De los resultados obtenidos por lavabilidad tenemos una disminución del contenido de cenizas promedio de 5.14%, una eliminación promedio de 2.18% de Azufre, un leve incremento de Materia Volátil a 18,65 % y Carbón Fijo a 62,43 %. De los resultados de flotación se tiene una disminución notable de Cenizas de 55.35% y de Azufre de 36.61%; un incremento de carbón Fijo de 16.91% y el Poder Calorífico se incrementó de 7257.31KCal/Kg a 8141.22 KCal/Kg. / Tesis

El Perú es un país con gran potencial minero, teniendo 1159557 ha en producción, donde la minería utiliza aproximadamente 207 MMC/año de agua (6,6 m3/s) donde de esta el 22 % de agua residual es tratada. Según políticas estatales vigentes actualmente, el Perú adopta nuevas medidas para prevenir la contaminación de los recursos hídricos, flora y fauna, y que estos contaminantes se encuentren dentro del rango de límites máximos permisibles según la ley nacional e internacional, para que así el proceso extractivo llevado a cabo en determinada región sea ambientalmente amigable. Nuestra tesis investiga los humedales artificiales con la intención de evaluar la disminución de los niveles concentración de contaminantes eco-tóxicos (nitratos, amonio y competidores como iones metálicos cobre o plomo) de aguas residuales de una operación minera. La investigación evalúa el tratamiento de aguas residuales a disposición, para lo cual se realizó un análisis de los parámetros necesarios para el diseño y, con ello, construir un sistema artificial de flujo sub superficial. Además, se probaron especies vegetales Schoenoplectus californicus (totora) y Schoenoplectus lacustris (carrizo), como parte de los componentes de un humedal artificial. En este sentido se construyó un humedal piloto con materiales filtrantes (piedra, arena, grava y tierra) y las especies vegetales antes mencionadas. Luego que las aguas residuales conteniendo cobre, cinc y plomo fueran tratadas en nuestros humedales artificiales pilotos, los niveles de concentración disminuyeron en un tanto por ciento y se evaluó si el agua tratada estaba dentro de los límites permisibles para la descarga, según lo demanda las normas vigentes. Finalmente, se elaboró un flujo de costos con un factor de escala para la implementación de esta alternativa de tratamiento para llevarlo a pequeña y mediana minería, además de comunidades aledañas a las minas que puedan mantener aguas con un grado de calidad. / Peru is a country with a great potential in the mining industry where the production is about 1159557 ha. Mining in Peru uses approximately 207 MMC/year of water (6, 6 m3/s), where only 22% of residual waters are treated. According to actual state policies, Peru has adopted new measures for preventing pollution of hydric resources, flora and fauna and also to maintain the polluters between the range of the maximum permissible limits according to national and international laws. Following this policies, extraction activity in the regions becomes eco-friendly. Our thesis investigates artificial wetlands with the intention of evaluating the decreasing of the concentration levels of eco-toxic polluters (nitrates, ammonium and metallic ions of cooper or lead) of residual waters of mining operations. The investigation evaluates the treatment of residual waters. To accomplish this, an analysis of necessary parameters for the design was performed. With this information, an artificial system with sub superficial flow was created. In addition, Schoenoplectus californicus (totora) and Schoenoplectus lacustris (carrizo) were used as the vegetable species for the artificial wetland. The pilot of the artificial wetland was constructed using filtrating materials (rocks, sand, gravel and soil) and the vegetal species mentioned before. After the residual waters were treated in our artificial wetlands, the levels of concentration of copper, zinc and lead diminished and we evaluated if the treated water was inside the permissible limits of discharge according to the demands in actual laws. Finally, we elaborated a flow of costs as a scale factor for the implementation of this alternative as a treatment in small and medium mining and also in communities near mines so the quality of their water can be maintained.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El uso del poliuretano se propone por tener en su composición química grupos funcionales que poseen afinidad con los metales pesados - similar a dicha estructura química se puede encontrar en las cadenas proteicas de la queratina de las plumas de pollo - por lo que en el desarrollo de la investigación se funcionalizó la queratina, tanto en medio ácido como en medio alcalino, para luego ser adicionada como biofibra en la reacción de producción de poliuretano. Esto se tradujo en una esponja mucho más dura. Realiza la modificación de la superficie de los materiales producidos. Permitió estabilizar al poliuretano e incrementó su propiedad de remoción de cromo, ésta debido al incremento de cadenas oxigenadas. Los resultados obtenidos a raíz de las cinéticas de remoción del Cr hexavalente a pH 2.5, con el poliuretano, poliuretano con queratina ácida y alcalina y poliuretano con la superficie modificada, arrojan resultados alentadores, pues confirma la acción de las modificaciones a la que fue expuesta el material, comprobadas por las cinéticas de remoción de Cr (VI) realizadas durante nueve horas y una por 24 horas, analizadas luego por espectroscopía UV-VIS a 540 nm, con un lapso de una hora y media y dos horas respectivamente. Esta actividad se desarrolló en soluciones de cromo hexavalente a concentraciones de 100 ppm, 80 ppm, 60 ppm y 40 ppm. Llama la atención la capacidad de remoción del material en estas cuatro concentraciones, puesto que si bien es cierto el porcentaje de remoción del material no es al 100%, se comprueba que aún pasada las 24 horas de cinética, el poliuretano con la superficie modificada, llega a un 34% de remoción en concentración de 40 ppm, notándose aún que la tendencia de remoción va en aumento. / Tesis

En el presente trabajo se ha investigado la biosorción de Cu (II) por las biomasas pretratadas de cáscara de citrus sinensis (naranja), citrus limonium, (limón) y opuntia ficus (palmeta de nopal). Las biomasas fueron tratadas con cloruro de calcio, el cual les da una mayor estabilidad mecánica al material bioadsorbente. Los experimentos sobre el efecto del pH en el proceso de biosorción de Cu (II) por los materiales biosorbentes mostraron que el rango óptimo de pH se encuentra entre 4,5 - 5,0. Los datos experimentales obtenidos se procesaron usando las ecuaciones adsorción de Langmuir y Freundlich. La máxima capacidad de biosorción de Cu (II) por las biomasas fueron: 36,1011 mg/g para la cáscara de citrus sinensis; 47,0436 mg/g para cáscara de citrus limonium y 44,2567 mg/g para el opuntia ficus. / -- In the present work we had studied the biosorption of Cu (II) by treated biomasses of citrus sinensis (orange) shells, citrus limonium (limón) and opuntia ficus (palmeta de nopal). The biomasses were treated with CaCl2, that which allows improving the mechanical stability of the biomasses. The optimum pH for the process of biosorción of Cu (II) for the treated biomasses was among 4,5-5,0. The results experimental data were processed according the equations of Langmuir and Freundlinch. The maximum capacities of adsorption (qmáx) of the treated biomasses were: shell of citrus sinensis 36, 1011 mg/g, citrus limonium 47, 0436 mg/g and citrus limonium 44, 2567 mg/g.