USO DE UN MATERIAL CON BASE EN FIBRAS ORGÁNICAS Y/O INORGÁNICAS Y QUITOSANA PARA FIJAR IONES DE METAL La invención se refiere al uso de un material con base en fibras orgánicas y/o inorgánicas y quitosana, para fijar fibras de metal contenidas en un efluente líquido o sólido. Los efluentes que contienen iones de metal en proporciones considerables o sus trazas, si se ha llevado primero a cabo un tratamiento, los efluentes más afectados son aquellos que provienen especialmente de las industrias de minería, nuclear, química y de tratamiento de superficies, pero también de la industria agrícola, como por ejemplo abono de desecho líquido de cerdos o los fangos de dispersión empleados como fertilizantes y que provienen de plantas de purificación, pero esta lista no es limitativa. En el resto de la descripción y las reivindicaciones, la expresión "fibras orgánicas y/o inorgánicas" denota entre las fibras orgánicas, especialmente las fibras de celulosa, las fibras sintéticas, por ejemplo de poliéster o polietileno, polipropileno, poliamida, tipo polivinil cloruro; las fibras artificiales (por ejemplo viscosa, acetato de celulosa) ; las fibras naturales (por ejemplo algodón, lana, pulpa de madera) ; las fibras de carbón (posiblemente activado) , y entre las fibras inorgánicas especialmente las fibras minerales (por ejemplo fibras de vidrio, fibras cerámicas) . La quitosana es un producto de desacetilación de quitina, un elemento que constituye las conchas de los cangrejos, langostas, camarones, y otros crustáceos. Como sabemos, la quitosana tiene propiedades secuestrantes de los iones de metal, cuando el rango de pH es mayor que 4. El documento O 90/02708 describe un proceso de purificación de efluentes acuosos contaminados, especialmente de efluentes con alto contenido de metales pesados, mediante quitosana en la forma microcristalina es decir modificada. Para ser más precisos, la quitosana microcristalina se incorpora en una dispersión tipo jalea, que se pone en contacto con un efluente acuoso contaminado. Después de agitar a alta temperatura, la quitosana secuestrada con el contaminante se separa de la solución por filtración, sedimentación y centrifugación o por cualquier proceso conveniente. Además, se muestra que la quitosana tiene un grado de desacetilación sobre 30%. Considerando la forma microcristalina de quitosana, podemos esperar que las funciones H2- se implican en la red cristalina, de esta manera no disponible para secuestrado metálico. Se concluye que la técnica de retirar contaminación descrita en este documento no es óptima . El documento GB-2 199 315 describe una estructura de soporte con base en fibras de origen microbiologico tratadas en una solución alcalina con lo que la quitina ahi contenida se revela. De acuerdo con el proceso descrito, el cultivo de micelios se trata en un ambiente alcalino antes o después de depositarse en una estructura de fibras sintéticas de un tipo poliéster o polipropileno. El documento JP 08 13 2037 describe un purificador de agua que asocia quitosana y carbón activado en forma granular en una proporción de 1:20. Aunque se ha mostrado que la mezcla puede adsorber los metales pesados, no se da información cuantitativa. De hecho, todos los resultados se dan en relación a la capacidad del purificador para eliminar el cloro contenido en el agua municipal . El documento JP 63 04 9212 describe un filtro adsorbente que consiste de fibras de celulosa, de diatomeas o perlita y quitosana. Las fibras de celulosa y las diatomeas se mezclan en una proporción de 4/1-1/4 en peso, y luego algo más de quitosana se agrega, y una solución de ácido en una cantidad de 10% en peso. Aquí, el filtro se utiliza para separar proteínas coloidales, micro partículas y hongos. No se da información con referencia a las posibilidades de utilizar este material para fijar metales pesados. Aún cuando se utilizara para esta aplicación, su eficiencia sería menor que las diatomeas o la perlita contiene proteínas que son capaces de interactuar con la función amina de quitosana. En este caso, las propiedades de secuestrado de los metales por la quitosana, se afectan. El documento EP-A-0 323 732 describe, además, un material compuesto con base en fibras de celulosa, quitosana (en una cantidad de 1-99% en peso) y ácidos grasos (0.05 - 1% en relación al peso de fibras de celulosa) . De acuerdo con una característica esencial la quitosana empleada en este material compuesto tiene un grado de desacetilación de al menos de 40%. En este grado, de acuerdo con este documento, la quitosana permite mejorar la resistencia del papel, especialmente su resistencia en húmedo. No hay referencia a la posibilidad de utilizar este material para fijar metales pesados presentes por ejemplo en un efluente acuoso. Aún cuando este material se utilizará para esta aplicación, su eficiencia será baja. De hecho, el carácter hidrofóbico que da el ácido graso al papel tratado tiene una influencia en la cinética de sorción de agua. Al frenar la difusión de agua en el soporte, el ácido graso también reduce la capacidad secuestrante. De esta manera, se reduce la accesibilidad de quitosana. El documento GB 2 338 477 describe un soporte con base en celulosa y fibras químicas revestidas con quitosana en una cantidad de 3-20% en peso. No menciona indicación con referencia a las características de quitosana. Este soporte se utiliza para fijar por ejemplo iones de metal de tipo arsénico, sulfato de hierro y cloruro de magnesio (Ejemplos 6-8) . Si el soporte ilustrado tiene buena capacidad de secuestrante de iones de metal, es solo para gastos de flujo de muy bajo efluente en cualquier caso, incompatible con una aplicación industrial . El problema que pretende resolver la invención de esta manera consiste en mejorar la velocidad de fijación de los iones de metal y, consecuentemente, un gasto de flujo del efluente a tratar. Sin embargo, el solicitante ha notado que la velocidad de fijación de los iones de metal puede incrementarse cuando se combina con una baja concentración de quitosana con un alto grado de desacetilación, superior a 90%. Consecuentemente, la invención se refiere al uso de un material con base en fibras orgánicas y/o inorgánicas y quitosana, para fijar iones de metal contenidos en el efluente, y se caracteriza porque la quitosana representa entre 0.01 ? 20% en peso seco de fibras y que el grado de desacetilación es superior a 90%. El solicitante de hecho ha notado que al afectar la concentración y grado de desacetilación de quitosana, la cinética de fijación de iones de metal puede modificarse considerablemente. Si se esperara que al incrementar el número de sitios de quitosana disponibles por desacetilación, se incrementaría la capacidad de fijación, entonces por otra parte, no era evidente que la velocidad de fijación mejorara al mismo tiempo . La fijación de iones de metal contenidos en el efluente puede tener varias aplicaciones . Antes que nada, la fijación de metales pesados contenidos en un efluente líquido puede mencionarse . El material de esta manera se utiliza en este caso para filtración de efluente líquidos al lamer o correr en forma pasante dependiendo del grado de contaminación del efluente. La segunda materia referida es la fijación de iones de metal presentes en el terreno, especialmente después de un tratamiento químico con base por ejemplo en cobre, de una superficie agrícola. En este caso, el material, que puede corresponder a papel de protección agrícola, se utiliza para fijar los iones de metal y consecuentemente para evitar que se introduzca en el nivel de agua freática. Finalmente, los iones de metal pueden fijarse voluntariamente en el material de la invención ya sea para mejorar las propiedades de conducción o para formar una capa de metal al reducir los iones de metal fijos para hacer un material que tenga propiedades biocidas . En una modalidad ventajosa, la quitosana representa un grado de desacetilación superior a 95% . En la práctica, la quitosana tiene un peso molecular entre 104 y 10s g.mol-1, de preferencia entre 105 y 5.10s g.mol"1. En una modalidad ventajosa, la quitosana representa entre 0.01 y 10%, de preferencia entre 0.01 y 5%, más preferible entre 0.01 y 2% por peso seco de las fibras . Como ya se mencionó, el material se basa en fibras orgánicas y/o fibras inorgánicas, pero ventajosamente consiste de fibras de celulosa. De acuerdo con la invención, el material está en la forma de estera fibrosa, que puede fabricarse de acuerdo con diferentes procesos bien conocidos por aquellos con destreza en la especialidad. De esta manera en una primer modalidad, la quitosana se mezcla con las fibras orgánicas y/o fibras inorgánicas y luego una hoja que se forma para producir papel . En una segunda modalidad, se prepara una hoja de fibras orgánicas y/o inorgánicas y luego la hoja así formada se impregna mediante una solución de quitosana, especialmente con una prensa de apresto. Uno o dos lados pueden impregnarse antes de secado por centrifugado. En una tercer modalidad, la hoja con base en fibras orgánicas y/o inorgánicas, se reviste con la solución de quitosana por una técnicas de revestimiento empleadas en una fábrica de papel . El material de la invención también puede estar en la forma de una suspensión de fibras, especialmente de celulosa tratada con quitosana incorporada en un cartucho de filtro. En la práctica, la quitosana se utiliza inicialmente en la forma de sal (acetato, hidrocloruro, etc . ) . La invención encuentra una aplicación especialmente ventajosa en el tratamiento de agua potable, de efluentes que provienen especialmente de las industrias de minería, nuclear, química y tratamientos de superficies, pero también de la industria agrícola, por ejemplo en el abono de desecho líquido de cerdos o los fangos de dispersión utilizados como fertilizantes y que provienen de plantas de purificación, pero esta lista no es limitativa. La invención y las ventajas que de ahí se basan serán más aparentes a partir de los siguientes ejemplos ilustrativos . La Figura 1 muestra la cinética de fijación de cobre por solo quitosana y el material de la invención a una concentración de cobre de 0.3125 mg/1. La Figura 2 muestra la cinética de fijación de cobre por solo quitosana y el material de la invención, a una concentración de cobre de 0.625 mg/1. La Figura 3 muestra la cinética de fijación de cobre por solo quitosana y el material de la invención, a una concentración de cobre de 3.125 mg/1. La Figura 4 muestra la influencia de la proporción de quitosana en el material de la invención con respecto a la fijación de iones de cobre. Ejemplo 1 En este ejemplo, la cinética de fijación de cobre se compara con solo quitosana y el material de la invención, la masa de la quitosana es 50 mg, en condiciones estáticas, esto es sin un flujo efluente que pasa a través del filtro. a/ Qui tosana La quitosana empleada tiene un peso molecular de 200 000 g/mol y un grado de desacetilación de 98%. b/ Material de la Invención Una hoja con base en fibras de celulosa, se reviste con la solución de quitosana por una técnica de revestimiento, co lo que un soporte que contiene 2% de quitosana en peso, se obtiene. c/ Protocolo solo quitosana o quitosana revestidas en un papel se hidrata durante 12 horas en 100 mi de NaW03 efluente (0.03 M) a un pH de 6.5, un volumen V de una solución madre de cobre se agrega, el sobrenadante se toma a diferentes momentos, la medida se realiza por Plasma Acoplado Inductivo (I.C.P. = Inductive Coupled Plasma), finalmente el factor de descontaminación que corresponde a la proporción de Concentración Inicial/concentración Final en el efluente, se calcula. ? partir de este factor se deduce la más o menos buena función de descontaminación de solo quitosana o del material de la invención, con base en la siguiente escala: FD = 1 : Sin descontaminación FD = 7/8: Buena descontaminación. FD>10 : Muy buena descontaminación. El estudio se lleva a cabo para disminuir concentración de cobre . Como puede verse en la Figura 1, después de 210 minutos, 98% de cobre se fija en el papel revestido con quitosana, ya que solo 13% se fija solo en quitosana para una concentración de cobre de 0.3125 mg/l. La Figura 2 muestra que para una concentración de cobre de 0.625 mg/l, el papel revestido con quitosana ya ha fijado 82% del cobre, mientras que en el mismo periodo de tiempo, la película quitosana solo ha fijado 31% de cobre. Finalmente, para una concentración de cobre de 3.125 mg/l, 75% del cobre se fija en un papel revestido después de 360 minutos, ya que solo 12% del cobre se fija en solo quitosana (Figura 3) . Los factores de descontaminación se calculan y representan en la tabla siguiente.
Concentración de Solo quitosana Material de la cobre en mg/l invención 6.35 descontaminación 1.1 despreciable 3.175 1.07 1.43 Concentración de Solo guitosana Material de la cobre en mg/1 invención 0.635 1.2 3.5 0.3175 1.4 9.7
De esta manera se observa que la capacidad de fijación de cobre por el material de la invención es mayor que la de solo quitosana, y esto se refiere a todas las concentraciones probadas. Además, se nota que la cinética de fijación de cobre en solo quitosana no es tan rápida como el material de la invención. De hecho, para una concentración de cobre de 3.125 mg/1, el factor de descontaminación de 1.07, obtenido después de 180 minutos para solo quitosana, se obtiene después de solo 4 minutos para el material de la invención. En la misma manera, para una concentración de cobre de 0.625 mg/1, el factor de descontaminación de 1.2, obtenido después de 90 minutos para solo quitosana, se obtiene después de solo 8 minutos con el material de la invención. Para la concentración de cobre de 0.3125 mg/1, el factor de descontaminación de 1-4, obtenido después de 200 minutos con solo quitosana, se obtiene después de solo 20 minutos con el papel de la invención.
Ejemplo 2 En este ejemplo, se estudia la influencia de la proporción de quitosana en una hoja de celulosa con respecto a su capacidad de fijación de ión cobre. Como puede verse de la Figura 4, entre más baja es la proporción de quitosana, mejor es la capacidad de fijación de ión cobre del material de la invención en la escala estudiada. Ejemplo 3 En este éjemplo, la eficiencia del filtro de la invención se estudia en dinámica para un alto gasto de flujo de efluente. El sistema de filtración empleado es prensa filtro, el equipo más común y más simple en la filtración de líquidos . El efluente se purifica durante su paso a través del medio de filtro que consiste de una sucesión de filtros. El número de filtros consecutivos puede adaptarse de acuerdo con los desempeños deseados . En este estudio, cada filtro tiene una superficie de 550 era2 que consiste de un papel de 100 g/m2 que contiene 1% de quitosana por masa con grado de desacetilacion de 98%. El modelo de efluente empleado con una solución de cobre de 6.35 mg/1 que pasa a través del medio de filtro como un gasto de flujo de 4 200 1/h, el volumen de el efluente probado es de 10 litros.
La velocidad de cobre retenido, dependiendo del número de filtros empleados para constituir el medio de filtro, se representa en la siguiente tabla.
Con 10 filtros, 70% de cobre se fija en menos de 9 segundos . Ejemplo 4 En este ejemplo, en las mismas condiciones como en el Ejemplo 3, la influencia de la cantidad de guitosana en el filtro de papel por concentraciones de 1 a 5% se comparan en dinámicas. El grado de desacetilación es 98%.
Número de Proporción Cantidad Cant dad Velocidad quitosana filtros de cobre de cobre de de retenido retenido quitosana fijación de cobre en la quitosana
1 4 64% 41 mg 0.2 g 20%
4 68% 43 mg i g 4%
Como puede verse en la Tabla anterior, entre menor sea la cantidad de quitosana en el rango probado, será superior la eficiencia de fijación.