UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO FACULTAD DE CIENCIAS DEL AMBIENTE ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA SANITARIA

UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLOFACULTAD DE CIENCIAS DEL AMBIENTE ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA SANITARIA

REMOCION DEL Al(III) Y Fe(III) MEDIANTE LA BIOSORSION, EMPLEANDO LA CASCARA DE NARANJA Y TALLO DE GIRASOL

Asignatura: PROCESOS QUIMICOS EN INGENIERIA SANITARIA

Docente : QUIM. MARIO LEYVA COLLAS

Integrantes:

BENITEZ PRINCIPE Alexander

CARRION SALAZAR Edwin

HUAROMA ROMERO Emelyn

MAYO MEZA Olfer

ENERO 2015

INTRODUCCION

La contaminacin ambiental y el deterioro de algunos ecosistemas han generado una acumulacin de metales pesados y compuestos sintticos en los ros. Las aguas de los ros contienen gran cantidad de metales pesados generando preocupacin por la contaminacin ambiental viendo as la necesidad de evaluar mtodos econmicos y efectivos para la remocin de estos metales lo que ha conllevado al desarrollo de nuevas tecnologas de separacin como la biosorcin.

Un adsorbente natural de bajo costo es la pectina. La biosorcin ha demostrado ser eficiente y ventajosa debido a que no se generan residuos txicos, para la remocin de los iones de metales pesados se realiza a bajas concentraciones y adems los materiales utilizados como biosorbentes se encuentran en abundancia en la naturaleza y no son caros.

Dentro de este contexto, la presente investigacin se ha usado la tcnica de biosorcin para la remocin de iones de Fe y Al a partir de polvo de cascara de naranja y polvo de tallo de girasol con concentraciones de 0.25gr/l las cuales contienen pectina (biopolmero) en su composicin las que van a adsorber a los metales.

OBJETIVOS

General:

Evaluacin de la mxima capacidad de biosorcin de iones de Al y Fe a partir de la cascara de naranja y tallo de girasol.

Especficos:

Investigacin de la Influencia del pH en la biosorcin de los iones mencionados con las biomasas naturales.

Determinar la cantidad ms eficiente de biomasa para la biosorcin de iones (Fe y Al).

MARCO TEORICO

BIOSORCIN

La biosorcin es un proceso fisicoqumico que incluye los fenmenos de adsorcin y absorcin de molculas e iones . Este trmino es utilizado mayormente en la relacin de la captacin de metales que lleva a cabo una biomasa, a travs de mecanismos fisicoqumicos como la adsorcin o el intercambio inico.

La biosorcin ocurre cuando los cationes de los metales se unen por interacciones electrostticas a los sitios aninicos que se encuentran en los biosorbentes. Los centros activos para la biosorcin se encuentran ubicados en los grupos de los carboxilo, hidroxilo, amino, sulfnico, que forman parte de la estructura de la mayora de los polmeros de origen natural.

MECANISMO DE BIOSORCIN

Los mecanismos de biosorcin son muy variados y dependen en cada caso del metal y del material sorbente. Los principales mecanismos de biosorcin son:

Intercambio inico: Estos cationes pueden ser intercambiados con los iones metlicos y quedar unidos al material. Estudios previos proponen el intercambio inico

Adsorcin fsica: La unin entre la superficie del sorbente y el metal se produce por fuerzas de atraccin electrosttica o de Van der Waals. Este mecanismo est presente en la biosorcin de diversos metales con biomasa microbiana

Complejacin: La unin entre el sorbente y el metal se produce a travs de formacin de complejos en la superficie del material.

Otros mecanismos: Otros mecanismos de biosorcin menos frecuentes son la quimiosorcin y la precipitacin

EL EQUILIBRIO EN LOS PROCESOS DE BIOSORCIN

El caso del proceso biosorcin que se considera aqu es aquel en el cual estn envueltas la fase slida (adsorbente) y la fase lquida (disolvente, generalmente el agua) que contiene a las especies disueltas. El adsorbente tiene una alta afinidad por los iones que se encuentran en el agua, por esta razn los iones fcilmente se unen a los grnulos del adsorbente por diferentes mecanismos. El proceso continua hasta que se alcanza el equilibrio entre los iones adsorbidos y los iones que se encuentran en la solucin.

BIOSORBENTES UTILIZADOS EN LA REMOCIN DE IONES DE METALES PESADOS.

LA CASCARA DE NARANJA

La cscara de naranja es una muy buena fuente de pectina. Las pectinas al ser tratadas con Ca2+, este ion se une a la cadena poligalacturnica. La remocin de metales por pectina tratada se da bsicamente por un fenmeno de intercambio inico entre el Ca2+ y los iones metlicos en solucin hasta lograr un equilibrio. De esta forma el Ca2+ unido a las cadenas poligalacturnicas es desplazado por el ion metlico hasta alcanzar las concentraciones de equilibrio en ambas fases.

remocin de Plomo, por cascara de naranja tratada con Ca2+

EL GIRASOL

El girasol es reportado por su capacidad de acumular metales y responder con una alta biomasa radicular no obstante una baja tolerancia al cromo comparado con otras plantas acumuladoras. El girasol tiene la capacidad de acumular altas concentraciones de uranio y cadmio en sus tejidos (principalmente tallo y raz).esta planta se caracteriza por fitoacumular aluminio y hierro en sus tejidos y as dar una solucin biolgica a la gran problemtica ambiental de los suelos contaminados

ALGAS

Las algas se utilizan como biosorbentes de metales pesados debido a que su pared celular contiene un gran nmero de grupos funcionales, principalmente carboxlicos. As pues la biosorcin de metales depende por tanto de la protonacin o deprotonacin de estos grupos carboxlicos, es decir hay una dependencia de la adsorcin con el pH.

PROCEDENCIA DE PECTINAS

Procedencia de las pectinas

La pectina se compone de cadenas largas de residuos parcialmente esterificados de cido galacturnico, interrumpidos ocasionalmente por monmeros de rammosa. La galactosa, arabinosa, xilosa, glucosa forman cadenas intermitentes laterales en base del cido poligalacturnico que generalmente no son representados en la estructura qumica.

Las pectinas se localizan en la mayora de los tejidos de plantas y en frutos inmaduros la porcin mayor de material pctico est presente en una forma insoluble en agua comnmente conocida como una Protopectina, la que es abundante en los estratos celulares y paredes de clulas.

El contenido de sustancias pcticas varia con la fuente, variedad, grado de madurez, condiciones climticas e incluso segn las diferentes partes de la misma planta.

METODOLOGIA

PRIMERA ETAPA: Muestreo y caracterizacin del agua del negro de olleros

Se caracteriz la muestra del rio por cuatro veces:

Procedimiento para determinar los metales de fierro y aluminio

Para el fierro

Se toma 5ml de agua destilada como blanco y 5ml de muestra

Se aade 3 gotas de Fe-1 y mezclar por 5 minutos

Leer con el espectrofotmetro con el mtodo 32

Para aluminio

Se toma 5ml de agua destilada como blanco y 5ml de la muestra

Se aade una cucharadita de Al-1 luego 1.2ml de Al-3 y finalmente 3 gotas Al-4

SEGUNDA ETAPA: Preparacin de la Biomasa

Cascara de naranja

Las biomasas se cortaron en pequeos trozos, se lav varias veces al da y remojarlo de cada lavada por cuatro das ,para eliminar aceites esenciales luego se lavaron con agua destilada varias veces para limpiar

diferentes impurezas. Despus se secaron en una estufa a una temperatura de 110C luego las biomasas fueron trituradas con un molino y despus el polvo obtenido se tamizo con un tamiz de malla 50 de la ASTM.

Tallo de girasol

Se cort en trozos el tallo de girasol se lav y luego se hizo el rallado en seguida se sec en el horno a una temperatura de 80c y luego se tamizo con la malla 50 ASTM .

TERCERA ETAPA: proceso de biosorcin

Para estudiar el proceso de biosorcin de los iones Fe y Al por la biomasa; se toman 0,5gr de biomasa de naranja y de girasol respectivamente y se colocan dos vasos precitados de 1000ml para cada biomasa ajustando el pH a 4 constante. Las mezclas que se obtienen se mantendrn a una agitacin constante de 100rpm durante10 minutos en un reposo de 2 horas. se hace mismo proceso para el pH 6 y para la biomasa de 0, 25 gr respectivamente

RESULTADOS

PARAMETROPRIMER MUESTROSEGUNDO MUESTROTERCER MUESTREOCUARTO MUESTREOCONCENTRACION PROMEDIO DE METALESAluminio (Al)0.47 mg/L1.46 mg/l1.20 mg/L0.56 mg/L0.92 mg/LHierro (Fe)0.56 mg/L1.35 mg/L0.46 mg/L0.61 mg/L0.75 mg/L

CARACTERIZACIN INICIAL DEL AGUA

Concentracin de biomasa: 0.5 grpH: 4 (pH natural del agua)Tiempo de agitacin: 10 minTiempo de reposo: 2 horasBIOSORBENTE USADOCONCENTRACION% EFICIENCIAFeAlFeAlTallo de Girasol0.45 mg/L0.07 mg/L40%92%Cscara de Naranja0.40 mg/L0.03 mg/L47%97%

CARACTERIZACIN DEL AGUA TRATADA

PRIMERA EXPERIENCIA

Concentracin de biomasa: 0.25 grpH: 4 (pH natural del agua)Tiempo de agitacin: 10 minTiempo de reposo: 2 horasBIOSORBENTE USADOCONCENTRACION% EFICIENCIAFeAlFeAlTallo de Girasol0.38 mg/L0.32 mg/L49%65%Cscara de Naranja0.10 mg/L0.45 mg/L87%51%

SEGUNDA EXPERIENCIA

Concentracin de biomasa: 0.5 grpH: 6 (pH natural del agua)Tiempo de agitacin: 10 minTiempo de reposo: 2 horasBIOSORBENTE USADOCONCENTRACION% EFICIENCIAFeAlFeAlTallo de Girasol0.36 mg/L0.45 mg/L52%51%Cscara de Naranja0.28 mg/L0.16 mg/L63%70%

TERCERA EXPERIENCIA

Concentracin de biomasa: 0.25 grpH: 6 (pH natural del agua)Tiempo de agitacin: 10 minTiempo de reposo: 2 horasBIOSORBENTE USADOCONCENTRACION% EFICIENCIAFeAlFeAlTallo de Girasol0.05 mg/L0.1 mg/L93%89%Cscara de Naranja0.14 mg/L0.45 mg/L81%51%

CUARTA EXPERIENCIA

pH=4

Concentracin: 0.5gr

PRIMERA EXPERIENCIA

CONC. INICIALAl-Fe0.922500000000000100.75NARANJAAlFeFe0.030.4GIRASOLAlFeFe7.0000000000000007E-20.45

Concentracin en mg/L

SEGUNDA EXPERIENCIA

CONC. INICIALAl-Fe0.922500000000000100.75NARANJAAl-Fe0.450.1GIRASOLAl-Fe0.320.38

Concentracin en mg/L

TERCERA EXPERIENCIA

CONC. INICIALAl-Fe0.922500000000000100.75NARANJAAl-Fe0.160.28000000000000003GIRASOLAl-Fe0.450.36

Concentracin en mg/L

CUARTA EXPERIENCIA

CONC. INICIALAl-Fe0.922500000000000100.75NARANJAAl-Fe0.450.14000000000000001GIRASOLAl-Fe0.10.05

Concentracin en mg/L

PORCENTAJES DE REMOSION

Fe0.5 gr0.25 gr0.5 gr0.25 gr0.40.490.470.87Al0.5 gr0.25 gr0.5 gr0.25 gr0.920.650.970.51Fe0.520.930.630.81Al0.510.890.70.51

Concentracin en mg/L

BIOASORBENTECONCENTRACIONpH=4pH=6FeAlFeAlGIRASOL0.5 gr40%92%52%51%0.25 gr49%65%93%89%NARANJA0.5 gr47%97%63%70%0.25 gr87%51%81%51%

CUADRO COMPARATIVO DE LA EFICIENCIA

CONCLUSIONES

El estudio indica que las cscara de citrus sinensis (naranja) y Helianthus annuus (Tallo de girasol) tratadas por el mtodo utilizado en este trabajo pueden ser usadas para la separacin (bioadsorsion) de iones de metales pesados.

Para el tratamiento de los datos experimentales se utiliz las biomasas tratadas cscara de citrus sinensis (naranja) y Helianthus annuus (Tallo de girasol), observndose la eficiencia de la biomasa de 0.25g cscara de citrus sinensis (naranja) con una remocin de 87% mg/L Fe+3y 49% mg/L Fe+3con el Helianthus annuus (Tallo de girasol) y con una biomasa de 0.5g cscara de citrus sinensis (naranja) con una remocin de 97% mg/L Al+3 y 92% mg/L

De acuerdo a los datos experimentales el pH ptimo para el proceso de bioadsorcin de Fe (III) y Al+3 para estas biomasas se encuentra en el rango de 4.

El tamao de la partcula con mayor rendimiento tanto para la remocin de Fe (III) y Al (III) fue el de aproximadamente 0.48 mm.

RECOMENDACIONES

Repetir los experimentos por lo menos dos veces, para que los resultados sean ms confiables.

Estudiar el efecto de la fuerza inica de la solucin en el proceso de biosorcin de Fe y Al (II) por cada biomasa tratada.

Realizar una adecuada caracterizacin de la muestra.

Para posteriores trabajos de investigacin utilizar otras fuentes biolgicas de bioadsorventes naturales, como levaduras , hongos, Macrofitas de agua dulce y Pectinas (Limn, Toronja, Nopal etc.) para comparar los resultados.

GRACIAS