Evaluación de la adsorción de plomo (II) en soluciones acuosas utilizando como bioadsorbente la especie vegetal Brassica nigra

Abstract

Actualmente, el plomo es uno de los metales que ha generado más daños en diversas regiones en los diferentes ríos de nuestro país en los últimos años. Anteriormente se conoce que la familia de la especie Brassica nigra ha obtenido buenos resultados en la fitorremediación de suelos contaminados con metales pesados; con este trabajo de investigación se busca aprovechar su tallo y raíz para remover el plomo de soluciones acuosas. Primero se hicieron análisis para caracterizar a la biomasa como el análisis de FT-IR para identificar los principales grupos funcionales, encontrándose al grupo funcional carboxilo que ha sido reportado en diferentes trabajos de investigación como posible responsable de la atracción del metal pesado contaminante. En la segunda etapa del trabajo se hizo el estudio de tres variables operacionales, pH, tamaño de partícula y relación biomasa/solución y verificar su influencia en la adsorción. Se trabajó en tres niveles de concentración de plomo (II), 5, 15 y 30 mg/L y se encontró que la máxima remoción del metal ocurrió a un pH final igual a 5 debido a la desprotonación de los grupos carboxilo presente en la pared celular de la biomasa. Los resultados obtenidos en las capacidades de adsorción fueron 7.183, 20.833 y 27.042 mg/g para 5, 15 y 30 mg/L respectivamente. La granulometría de la biomasa estuvo en el rango de los 177 y 297 micrones con una relación de biomasa/solución de 0.6 g/L, que permitieron resultados satisfactorios en la remoción del plomo (II). El tiempo para que el sistema sólido – líquido alcance el equilibrio fue de 600 minutos, y para conocer el comportamiento de la cinética del proceso se utilizaron dos modelos, describiendo mejor los resultados el modelo no lineal pseudo segundo orden; se obtuvo un factor de correlación (R2) igual a 0.9998 y 0.9997 para 5 y 30 mg/L respectivamente. Para el líquido, la curva que describe mejor el equilibrio del sistema fue la Isoterma de Langmuir. Para este estudio se trabajó con un rango de concentraciones de 5 a 100 mg/L de plomo (II) obteniéndose una capacidad máxima de 53.476 mg/g. Por otro lado, para el equilibrio en el sólido se trabajó con la desorción del metal pesado y se encontró que el mejor eluyente capaz de liberar al plomo secuestrado de la pared celular del bioadsorbente fue el HNO3 a una concentración de 0.1 N. Finalmente, los resultados obtenidos en los ensayos pueden constatar que el bioadsorbente obtenido a partir de la especie Brassica nigra seca es una buena alternativa para el tratamiento de aguas contaminadas con plomo.

Currently, lead is one of the metals that has damaged different rivers of our country in recent years. Previously it is known that the family of the Brassica nigra has obtained good results in phytoremediation of polluted soils with heavy metals, with this research we seek to take advantage of its stem and root to remove lead from aqueous solutions. First, the biomass was characterized with FTIR analysis to identify the main functional groups, the carboxyl functional group has been reported in different research works as a possible responsible for the attraction of heavy metals. In the second stage of the thesis, it was studied three operational variables, pH, particle size and biomass/solution ratio and the influence on adsorption was verified. It was worked in three levels of lead concentration, 5, 15 and 30 mg/L and it was found that the highest removal of the metal occurred at pH 5 due to the deprotonation of the carboxyl groups present in the wall cellular bioadsorbent. The results obtained in the adsorption capacities were 7,183, 20,833 and 27,042 mg/g for 5, 15 and 30 mg/L respectively. The granulometry of the biomass was between 177 and 297 microns with a biomass/solution ratio of 0.6 g/L, this values allowed succesful results to remove lead (II) from aqueous solutions. The solid - liquid system reaches the equilibrium after 600 minutes. To know the behavior of the kinetics of the process, two kinetic models were used, describing better the non-linear model pseudo second order results; the correlation factor (R2) were 0.9998 and 0.9997 for 5 and 30 mg/L respectively. The equilibrium in the liquid was described by Langmuir Isotherm. For this study the lead concentration range were between 5 to 100 mg/L, and the maximum capacity was 53,476 mg/g. On the other hand, the equilibrium in the solid was described by the desorption of lead (II) and the best eluent capable of releasing the lead from the cell wall of the bioadsorbent was HNO3 (0.1 N). Finally, the results from this research confirm that the bioadsorbent made from the Brassica nigra is a good alternative to treat polluted water with lead.