Estudio del proceso físico y químico de degradación del polietileno bajo condiciones simuladas de calidad del agua de la cuenca baja del río frío – Magdalena, Colombia
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Resumen
El río Frío se ha visto afectado por la contaminación con bolsas plásticas provenientes de la actividad bananera en el municipio, las cuales terminan en el cuerpo de agua por acción del viento, donde se fragmentan debido a factores ambientales que causan su degradación, generando microplásticos. Entender cómo sucede este proceso es esencial para la toma de decisiones, por lo que esta investigación tiene como objetivo evaluar química y físicamente el proceso de degradación del polietileno bajo condiciones de calidad del agua de la cuenca baja del río Frío. Para esto, se identificaron los factores ambientales más influyentes sobre la degradación del PEBD en el río, donde los principales fueron la exposición a radiación UV, la temperatura y calidad del agua en términos de nitratos, pH y fosfatos. Luego, se simularon las condiciones naturales del río mediante un montaje experimental y se analizaron los cambios morfológicos y las variaciones de masa de tres fragmentos de plástico durante 28 días a 10ºC, 25ºC y 40ºC, para un total de 72 fragmentos analizados. Con esta información, se estableció la cinética de degradación del PEBD, obteniendo las constantes de velocidad (k) y las energías de activación (Ea), así como la Ley de velocidad para cada caso. Lo anterior se correlacionó con los factores ambientales antes mencionados y se encontró que la radiación UV fue lo que más influyó sobre la constante de velocidad de la reacción, seguido del aumento de la temperatura y la calidad del agua. Esta información servirá como punto de partida para la construcción de un modelo matemático de la degradación del PEBD en condiciones naturales, facilitando la toma de decisiones acerca de la contaminación de microplásticos en el río Frío, para tomar acción desde la ingeniería ambiental con el uso de estrategias que permitan reducir esta contaminación.
Descripción
Abstract
The Frío river has been affected by plastic bags coming from banana industry, which reaches the environment by wind-driven transport and subsequently are fragmented by the effects of environmental factors that cause its degradation, generating microplastics. It is essential to understand how this process works in order to make decisions about it, consequently the main purpose of this research is to evaluate chemically and physically how is the degradation process of LDPE at the river, under water quality conditions of the lower basin of Frío river. To achieve this, the most important environmental factors were identified as UV exposure, water temperature and water quality in terms of nitrates, pH and phosphates. Then, natural river conditions were simulated with an experimental set-up and morphology changes in the material were analyzed along with mass changes of the plastic fragments for 28 days at 10ºC, 25ºC and 40ºC, for a total of 72 fragments analyzed. From this information, it was possible to determine the degradation kinetics of LDPE, obtaining the reaction rate coefficients (k) and the activation energies (Ea), as well as the rate law. Previous results were correlated with the environmental factors mentioned and it was found that UV exposure was the factor that influenced the most on the reaction rate coefficient, followed by the increase on temperature and water quality. This information will also serve as a starting point for the construction of a mathematic model of LDPE degradation under natural conditions, facilitating decision making with regard to the microplastics contamination at Frío river, in order to take action from environmental engineering by using strategies that will allow to reduce this contamination.
Palabras clave
Cinética de degradación, Microplásticos, Radiación UV, Polímeros
Keywords
Degradation kinetics, Microplastics, UV radiation, Polymers