Síntesis de materiales a partir de la biomasa de lirio acuático para su empleo en el tratamiento de agua como estrategia de control

Abstract

RESUMEN. El presente proyecto tiene como objetivo la valorización del lirio acuático (Eichhornia crassipes) mediante su empleo en la síntesis de materiales funcionales para el tratamiento de agua, proponiendo esta estrategia como una alternativa de control ambiental ante su carácter invasivo. La investigación se desarrolló en dos etapas principales: diagnóstico ambiental y síntesis de materiales. En la primera, se caracterizó la distribución espacial y temporal del lirio acuático en cuerpos de agua seleccionados mediante sensores remotos, análisis NDVI y clasificación supervisada, complementada con una evaluación de riesgo de invasión mediante la herramienta AS-ISK. En la segunda etapa, se sintetizaron materiales bifuncionales combinando biomasa de lirio acuático con hidróxidos dobles laminares (HDL) de Mg/Al, variando las proporciones de fase orgánica/inorgánica. Los materiales fueron caracterizados mediante DRX, Fisisorción de N2, FTIR, TGA, potencial zeta y MEB-EDS evidenciando interacciones sinérgicas entre ambas fases. Se evaluó la capacidad de adsorción de fluoruro y cadmio en condiciones controladas, observando una mejora significativa en el rendimiento de las combinaciones bifuncionales respecto a sus fases individuales. En particular, el material con proporción 1:2 (LA/HDL) mostró las mayores capacidades de adsorción para ambos contaminantes, lo que lo posiciona como el más eficiente dentro de los siete materiales híbridos sintetizados. Por lo tanto, este material en particular fue empleado para llevar a cabo procesos de adsorción multicomponente, con el fin de evaluar su eficiencia en la remoción simultánea de fluoruro y cadmio. Las pruebas de adsorción en sistemas binarios permitieron analizar el efecto competitivo entre ambos iones, observándose una ligera disminución en la capacidad de adsorción en comparación con los sistemas individuales, pero manteniendo una eficiencia considerable. La interacción sinérgica entre las fases orgánica e inorgánica del material favoreció la estabilidad superficial y la disponibilidad de sitios activos, incluso en presencia de múltiples contaminantes.

ABSTRACT. This project aims to valorize water hyacinth (Eichhornia crassipes) by employing it in the synthesis of functional materials for water treatment, proposing this strategy as an environmentally sustainable alternative for controlling its invasive behavior. The research was conducted in two main stages: environmental diagnosis and material synthesis. In the first stage, the spatial and temporal distribution of water hyacinth in selected water bodies was characterized using remote sensing techniques, NDVI analysis, and supervised classification. This was complemented by an invasion risk assessment using the AS-ISK tool. In the second stage, bifunctional hybrid materials were synthesized by combining water hyacinth biomass with Mg/Al layered double hydroxides (LDHs), varying the ratios of organic to inorganic phases. The resulting materials were characterized through XRD, N₂ physisorption, FTIR, TGA, zeta potential, and SEM-EDS analyses, which revealed synergistic interactions between both phases. The adsorption capacity of the materials for fluoride and cadmium was evaluated under controlled conditions, showing a significant improvement in the performance of the bifunctional composites compared to their individual components. Notably, the material with a 1:2 LA/LDH ratio exhibited the highest adsorption capacities for both contaminants, positioning it as the most efficient among the seven hybrid materials synthesized. Therefore, this specific material was used in multicomponent adsorption experiments to assess its efficiency in the simultaneous removal of fluoride and cadmium. Binary system adsorption tests allowed for the evaluation of competitive ion effects, showing a slight reduction in adsorption capacity compared to single-component systems, but maintaining substantial efficiency. The synergistic interaction between the organic and inorganic phases of the material enhanced surface stability and the availability of active sites, even in the presence of multiple contaminants.