Transformación de tapabocas quirúrgicos en un proceso híbrido a través de fotocatálisis (NPs TiO2/UV) y hongos asociados a la descomposición de la madera
| dc.contributor.advisor | Gómez Méndez, Luis David | |
| dc.contributor.advisor | Rodríguez Bocanegra, Maria Ximena | |
| dc.contributor.author | Porras Rojas, Maria Alejandra | |
| dc.contributor.evaluator | Pedroza Rodriguez, Aura Marina | |
| dc.contributor.evaluator | Medina Perilla, Jorge Alberto | |
| dc.contributor.evaluator | Caicedo Cano, Carolina | |
| dc.coverage.city | Bogotá (Colombia) | spa |
| dc.coverage.region | Bogotá, D.C. (Bogotá, Colombia) | spa |
| dc.coverage.spatial | Colombia | spa |
| dc.coverage.temporal | 2022-2024 | spa |
| dc.date.accessioned | 2025-03-12T14:28:52Z | |
| dc.date.available | 2025-03-12T14:28:52Z | |
| dc.date.created | 2024-04-04 | |
| dc.description.abstract | Desde que ingresó al mercado en los años 50, los polímeros plásticos, han traído muchos beneficios económicos y sociales debido a sus propiedades mecánicas, a su versatilidad y maleabilidad, así como su bajo costo. Sin embargo, el uso excesivo de estos, han provocado un aumento exponencial en la cantidad de residuos plásticos a nivel mundial convirtiéndose en una amenaza ambiental global. Se estima que en el año 2019 la producción de plástico alcanzo los 364 millones de toneladas y para el 2020 fueron casi 370 millones de toneladas, siendo el más común el polipropileno (PP) seguido del polietileno (PE), especialmente en la fabricación de bolsas plásticas, envases plásticos, piezas automotrices, empaques de alimentos e instrumentos de laboratorio. Cumplida su función, estas piezas son, en su mayoría, desechadas e incorporadas a los residuos sólidos urbanos (RSU) y llegan a representar entre el 20-30% del volumen total de los residuos sólidos contenidos en los rellenos sanitarios, los cuales pueden ser transportados a ecosistemas terrestres o acuáticos generando un impacto aún mayor, debido a que las interacciones de estos residuos con las condiciones ambientales pueden conducir a cambios en sus propiedades fisicoquímicas dando lugar a nuevos contaminantes. Sin embargo, con la enfermedad del coronavirus (COVID-19), el uso de polímeros plásticos se ha vuelto imprescindible, principalmente por la facilidad de transmisión de persona a persona, infectando a un promedio de 2.4 a 3.3 personas de un solo caso confirmado, conllevando al uso excesivo de equipos de protección personal (EPP) para disminuir la propagación, como tapabocas de distintos tipos, guantes, protectores faciales, trajes médicos, batas, entre otros. El tipo de EPP más utilizado son los tapabocas quirúrgicos desechables por su bajo costo y efectividad, fabricados a partir de PP; se estima que en Estados Unidos la producción de tapabocas aumentó de 45 millones a 180 millones por mes en 2020, sumándose a la producción mundial de plástico, y dada su naturaleza xenobiótica y recalcitrante se ha convertido en una amenaza ambiental. Ante esta problemática, se han planteado alternativas biodegradables que puede ser acelerada por pretratamientos como la fotooxidación, la termooxidación y la quimiooxidación al generar grupos químicos carbonilo (C=O) en la superficie del material que pueden facilitar el ataque microbiano. A partir de tales criterios, en este trabajo se propuso implementar la transformación de tapabocas quirúrgicos compuesto de PP, a través de un proceso fisicoquímico-microbiológico secuencial, que incluye el tratamiento con nanopartículas de dióxido de titanio, la fotocatálisis TiO2/UV y la colonización con hongos asociados a la descomposición de la madera. Para ello, se troquelaron probetas de tapabocas quirúrgicos comerciales, compuesto por tres capas, de 6.0 ± 0.1 cm x 1.0 ± 0.1 cm y, después de su caracterización química y física preliminar (hidrofobicidad, tipo de grupos químicos funcionales, topografía y degradación térmica), se sometieron a un pretratamiento fotocatalítico con nanopartículas de dióxido de titanio funcionalizadas (TiO2-APTES-PEG2K) a manera de emulsión, durante 192 horas en un fotorreactor conectado mediante engranajes de tubos PVC y regulados por un motor paso a paso, a su vez se contaba con la presencia de lámparas UV-C (15W de potencia); con el objetivo de modificar las propiedades iniciales del material. Los resultados mostraron que la degradación fotocatalítica generó cambios en la temperatura de degradación térmica, observando una disminución en esta; por otro lado, también se evidenciaron cambios en los grupos funcionales del polímero, como la presencia de grupos polares, ocasionando a su vez cambios en la hidrofobicidad, manteniendo condiciones hidrofílicas y cambios en la topografía evidenciado por la presencia de rugosidades y grietas. De forma paralela, las probetas de tapabocas pretratadas con fotocatálisis se sometieron a un proceso de transformación biológica con dos hongos asociados a la descomposición de la madera: Trametes versicolor, obtenido de la Colección y Cepario de Microorganismos de la Facultad de Ciencias de la Pontificia Universidad Javeriana (CMPUJ) y AC 30 aislado de la Estación Experimental José Celestino Mutis de la Universidad del Rosario (EEJCM) identificado dentro del género Xylaria sp. La selección de estos hongos se basó en un análisis previo, en donde se obtuvieron 28 aislamientos a los cuales se les determino actividades enzimáticas a nivel semicuantitativo, evaluando la actividad de celulasas, peroxidasas y lacasas en medio carboximetilcelulosa, lignina y Radha+ABTS, respectivamente; obteniendo datos de productividad basados en perímetros de halo de actividad, crecimiento de la colonia y tiempo de evaluación. Los ensayos de colonización se evaluaron tanto en placa como en cultivo sumergido, en medio Bushnell Haas durante 30 días con tapabocas pre-tratados y prístinos. Después del periodo de incubación, las probetas de los ensayos en placa fueron retiradas y lavadas para analizar las mismas variables del material inicial y del pretratamiento (hidrofobicidad, tipo de grupos químicos funcionales, topografía y degradación térmica). Los tapabocas tratados mantuvieron cambios en cuanto a grupos funcionales polares e hidrofilicidad posterior a la colonización; para el análisis térmico se observó que la temperatura del material aumentaba por la presencia de compuestos volátiles asociados a la pared fúngica del hongo pero era menor con respecto al material prístino y, esto puede estar asociado a su vez con un efecto de “aislamiento térmico” por la presencia de biomasa, igualmente las imágenes de SEM corroboran la colonización de la fibras por la presencia de redes hifales. Por otra parte, los ensayos en cultivo sumergido permitieron el análisis de peso seco, como una medida indirecta de colonización representada por la biomasa de los hongos en donde aumentaba posterior al tratamiento fotocatalítico, a su vez en la determinación de la actividad ligninolítica, T. versicolor presento actividad lacasa mientras que AC 30 no presento actividad, debido al sistema enzimático celulolítico y hemicelulolítico propio del hongo, sin embargo, en ambos tratamientos se evidencia la degradación y transformación de tapabocas quirúrgicos en un proceso secuencial de fotooxidación y colonización microbiana. | spa |
| dc.description.abstractenglish | Since entering the market in the 50s, plastic polymers have brought many economic and social benefits due to their mechanical properties, their versatility and malleability, as well as their low cost. However, the excessive use of these, have caused an exponential increase in the amount of plastic waste worldwide becoming a global environmental threat. It is estimated that in 2019 the production of plastic reached 364 million tons and by 2020 it was almost 370 million tons, the most common being polypropylene (PP) followed by polyethylene (PE), especially in the manufacture of plastic bags, plastic packaging, automotive parts, food packaging and laboratory instruments. Once their function has been fulfilled, these pieces are mostly discarded and incorporated into municipal solid waste (MSW) and represent between 20-30% of the total volume of solid waste contained in landfills, which can be transported to terrestrial or aquatic ecosystems generating an even greater impact, because the interactions of these wastes with environmental conditions can lead to changes in their physicochemical properties giving rise to new pollutants. However, with the coronavirus disease (COVID-19), the use of plastic polymers has become essential, mainly due to the ease of transmission from person to person, infecting an average of 2.4 to 3.3 people from a single confirmed case, leading to the excessive use of personal protective equipment (PPE) to reduce the spread, such as masks of different types, gloves, face shields, medical suits, gowns, among others. The most widely used type of PPE are disposable surgical masks due to their low cost and effectiveness, manufactured from PP; it is estimated that in the United States the production of face masks increased from 45 million to 180 million per month in 2020, adding to the global production of plastic, and given its xenobiotic and recalcitrant nature it has become an environmental threat. Faced with this problem, biodegradable alternatives have been proposed that can be accelerated by pretreatments such as photooxidation, thermooxidation and chemooxidation by generating carbonyl (C=O) chemical groups on the surface of the material that can facilitate microbial attack. Based on these criteria, in this work it was proposed to implement the transformation of surgical masks composed of PP, through a sequential physicochemical-microbiological process, which includes treatment with titanium dioxide nanoparticles, TiO2/UV photocatalysis and colonization with fungi associated with the decomposition of wood. To do this, commercial surgical mouthpiece specimens, composed of three layers, of 6.0 ± 0.1 cm x 1.0 ± 0.1 cm were punched out and, after their preliminary chemical and physical characterization (hydrophobicity, type of functional chemical groups, topography and thermal degradation), they were subjected to a photocatalytic pretreatment with functionalized titanium dioxide nanoparticles (TiO2-APTES-PEG2K) as an emulsion, for 192 hours in a photoreactor connected by gears made of PVC pipes and regulated by a stepper motor, at the same time, there was the presence of UV-C lamps (15W power); with the aim of modifying the initial properties of the material. The results showed that the photocatalytic degradation generated changes in the thermal degradation temperature, observing a decrease in this; on the other hand, changes in the functional groups of the polymer were also evidenced, such as the presence of polar groups, causing in turn changes in hydrophobicity, maintaining hydrophilic conditions and changes in the topography evidenced by the presence of roughnesses and cracks. In parallel, the mouthpiece specimens pretreated with photocatalysis were subjected to a biological transformation process with two fungi associated with wood decomposition: Trametes versicolor, obtained from the Collection and Collection of Microorganisms of the Faculty of Sciences of the Pontificia Universidad Javeriana (CMPUJ) and AC 30 isolated from the José Celestino Mutis Experimental Station of the Universidad del Rosario (EEJCM) identified within the genus Xylaria sp. The selection of these fungi was based on a previous analysis, where 28 isolates were obtained to which enzymatic activities were determined at a semi-quantitative level, evaluating the activity of cellulases, peroxidases and laccases in carboxymethyl cellulose, lignin and Radha+ABTS medium, respectively; obtaining productivity data based on activity halo perimeters, colony growth and evaluation time. Colonization assays were evaluated both in plate and in submerged culture, in Bushnell Haas medium for 30 days with pre-treated and pristine mouthguards. After the incubation period, the specimens of the plate tests were removed and washed to analyze the same variables of the initial material and the pretreatment (hydrophobicity, type of functional chemical groups, topography and thermal degradation). The treated masks maintained changes in polar functional groups and hydrophilicity after colonization; for the thermal analysis it was observed that the temperature of the material increased due to the presence of volatile compounds associated with the fungal wall of the fungus but it was lower with respect to the pristine material and, this may be associated in turn with a “thermal insulation” effect due to the presence of biomass, also the SEM images corroborate the colonization of the fibers by the presence of hyphal networks. On the other hand, the tests in submerged culture allowed the analysis of dry weight, as an indirect measure of colonization represented by the biomass of the fungi where it increased after photocatalytic treatment, in turn in the determination of the ligninolytic activity, T. versicolor showed laccase activity while AC 30 showed no activity, due to the cellulolytic and hemicellulolytic enzyme system of the fungus, however, in both treatments the degradation and transformation of surgical masks in a sequential process of photooxidation and microbial colonization is evidenced. | spa |
| dc.description.degreelevel | Maestría | spa |
| dc.description.degreename | Magíster en Ciencias Biológicas | spa |
| dc.description.sponsorship | Universidad de los Andes, Universidad del Rosario, Universidad Javeriana | spa |
| dc.format | spa | |
| dc.format.mimetype | application/pdf | spa |
| dc.identifier.instname | instname:Pontificia Universidad Javeriana | spa |
| dc.identifier.reponame | reponame:Repositorio Institucional - Pontificia Universidad Javeriana | spa |
| dc.identifier.repourl | repourl:https://repository.javeriana.edu.co | spa |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10554/69691 | |
| dc.language.iso | spa | spa |
| dc.publisher | Pontificia Universidad Javeriana | spa |
| dc.publisher.faculty | Facultad de Ciencias | spa |
| dc.publisher.program | Maestría en Ciencias Biológicas | spa |
| dc.rights.coar | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 | spa |
| dc.rights.licence | Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional | * |
| dc.rights.local | De acuerdo con la naturaleza del uso concedido, la presente licencia parcial se otorga a título gratuito por el máximo tiempo legal colombiano, con el propósito de que en dicho lapso mi (nuestra) obra sea explotada en las condiciones aquí estipuladas y para los fines indicados, respetando siempre la titularidad de los derechos patrimoniales y morales correspondientes, de acuerdo con los usos honrados, de manera proporcional y justificada a la finalidad perseguida, sin ánimo de lucro ni de comercialización. De manera complementaria, garantizo (garantizamos) en mi (nuestra) calidad de estudiante (s) y por ende autor (es) exclusivo (s), que la Tesis o Trabajo de Grado en cuestión, es producto de mi (nuestra) plena autoría, de mi (nuestro) esfuerzo personal intelectual, como consecuencia de mi (nuestra) creación original particular y, por tanto, soy (somos) el (los) único (s) titular (es) de la misma. Además, aseguro (aseguramos) que no contiene citas, ni transcripciones de otras obras protegidas, por fuera de los límites autorizados por la ley, según los usos honrados, y en proporción a los fines previstos; ni tampoco contempla declaraciones difamatorias contra terceros; respetando el derecho a la imagen, intimidad, buen nombre y demás derechos constitucionales. Adicionalmente, manifiesto (manifestamos) que no se incluyeron expresiones contrarias al orden público ni a las buenas costumbres. En consecuencia, la responsabilidad directa en la elaboración, presentación, investigación y, en general, contenidos de la Tesis o Trabajo de Grado es de mí (nuestro) competencia exclusiva, eximiendo de toda responsabilidad a la Pontifica Universidad Javeriana por tales aspectos. Sin perjuicio de los usos y atribuciones otorgadas en virtud de este documento, continuaré (continuaremos) conservando los correspondientes derechos patrimoniales sin modificación o restricción alguna, puesto que, de acuerdo con la legislación colombiana aplicable, el presente es un acuerdo jurídico que en ningún caso conlleva la enajenación de los derechos patrimoniales derivados del régimen del Derecho de Autor. De conformidad con lo establecido en el artículo 30 de la Ley 23 de 1982 y el artículo 11 de la Decisión Andina 351 de 1993, "Los derechos morales sobre el trabajo son propiedad de los autores", los cuales son irrenunciables, imprescriptibles, inembargables e inalienables. En consecuencia, la Pontificia Universidad Javeriana está en la obligación de RESPETARLOS Y HACERLOS RESPETAR, para lo cual tomará las medidas correspondientes para garantizar su observancia. | spa |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
| dc.subject | Tapabocas quirúrgicos | spa |
| dc.subject | Degradación | spa |
| dc.subject | Fotocatálisis | spa |
| dc.subject | Hongos descomponedores de madera | spa |
| dc.subject | Dióxido de titanio | spa |
| dc.subject | Polímeros plásticos | spa |
| dc.subject.armarc | Maestría en ciencias biológicas - Tesis y disertaciones académicas | spa |
| dc.subject.armarc | Biotransformación | spa |
| dc.subject.armarc | Conservación de los recursos naturales | spa |
| dc.subject.classification | Contaminación ambiental | spa |
| dc.subject.keyword | Surgical masks | spa |
| dc.subject.keyword | Degradation | spa |
| dc.subject.keyword | Photocatalysis | spa |
| dc.subject.keyword | Wood decomposing fungi | spa |
| dc.subject.keyword | Titanium dioxide | spa |
| dc.subject.keyword | Plastic polymers | spa |
| dc.title | Transformación de tapabocas quirúrgicos en un proceso híbrido a través de fotocatálisis (NPs TiO2/UV) y hongos asociados a la descomposición de la madera | spa |
| dc.title.english | Transformation of surgical masks in a hybrid process through photocatalysis (NPS TiO2/UV) and fungi associated with the decomposition of wood. | spa |
| dc.type.coar | http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc | |
| dc.type.driver | info:eu-repo/semantics/masterThesis | |
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| dc.type.local | Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Maestría | spa |
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