UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA...

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

TRABAJO DE TITULACIÓN

Previo a la obtención del título de

INGENIERO QUÍMICO

TEMA:

Evaluación del poder biosorbente de las cáscaras de cítricos (Limón y Toronja)

para eliminación de metales pesados; Plomo (Pb) y Mercurio (Hg) en aguas

residuales sintéticas

AUTORES:

Richard Enrique Marshall Sánchez

Joao Fabricio Espinoza Subía

DIRECTOR DEL PROYECTO:

lng. Quim. Katherine Zalamea, MSc.

GUAYAQUIL – ECUADOR

DICIEMBRE 2016

ii

DERECHOS DE AUTORÍA

Nosotros, RICHARD ENRIQUE MARSHALL SÁNCHEZ y JOAO FABRICIO

ESPINOZA SUBÍA, declaramos bajo juramento que el trabajo aquí escrito es de

nuestra autoría, que no ha sido previamente presentado para ningún grado o

calificación profesional, y que hemos consultado las referencias bibliográficas

que se incluyen en este documento.

A través de la presente declaración cedemos los derechos de propiedad

intelectual a la UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL, FACULTAD DE INGENIERÍA

QUÍMICA, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual y su

reglamento.

_________________________________

RICHARD ENRIQUE MARSHALL SANCHEZ

C.I. 0917108896

________________________________

JOAO FABRICIO ESPINOZA SUBÍA

C.I. 0924927254

iii

AVAL DEL TUTOR

Ing. Quim. Katherine Zalamea, MSc. Certifico haber tutelado el trabajo de

titulación; “Evaluación del poder biosorbente de las cáscaras de cítricos (Limón

y Toronja) para eliminación de metales pesados; Pb y Hg en aguas residuales

sintéticas”, que ha sido desarrollado por Richard Enrique Marshall Sánchez y

Joao Fabricio Espinoza Subía, previa obtención del título de Ingeniero Químico,

de acuerdo al REGLAMENTO PARA LA ELABORACIÓN DE TRABAJO DE

TITULACIÓN PARA EL GRADO DE TERCER NIVEL DE LA UNIVERSIDAD

DE GUAYAQUIL, FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA.

Atentamente.

___________________________________

ING. QUIM. KATHERINE ZALAMEA, MSC.

iv

AGRADECIMIENTO

Primero agradecer a Dios sobre todas las cosas, aunque le fallamos siempre

nos sigue dando ánimos y muchas bendiciones para continuar por este camino

llamado vida.

Faltarian palabras y mas páginas para poder agradecer a todas las personas

que han influenciado en mi desarrollo personal para alcanzar mis metas.

Le doy gracias a mi madre SONIA ya que sin ella no estuviera aquí, ni

hubiese alcanzado los logros que estoy obteniendo; gracias por darme tanto

amor sin esperar nada a cambio.

A mi abuela mami mima gracias por ser una base fundamental para la familia

por su apoyo y dedicacion tantos años con mi hermano y conmigo; a mis tías

que siempre han estado aquí para apoyarme; nunca me voy a olvidar de ustedes

tia mima, Cecília, María, Marita y mi tia Mónica.

Por último a los grandes maestros que han pasado por mi vida estudiantil

gracias a ellos soy ese joven que nunca va perder las ganas de seguir buscando

el conocimiento y la manera de ayudar al prójimo.


v

DEDICATORIA

Dedico está presente investigación a toda aquella persona que le gustaría

involucrarse más en el tratamiento de aguas y la conservación del medio

ambiente.

Lo cual es parte fundamental de la vida de nosotros y de nuestras futuras

generaciones; por ese motivo es necesario y obligatorio cuidarlo lo cual es

necesario para buscar las maneras para darle solución a los problemas que más

afectan nuestro entorno.

Como dijo una vez Albert Einstein La imaginación es más importante que

el conocimiento" por eso como ingenieros químicos debemos mantener activa

nuestra mente en busca de nuevas maneras de ayudar a las personas de ahí

radica todo lo esencial de la vida.


Naturaleza Azul

vi

AGRADECIMIENTO

Doy gracias a Dios, por haberme dado salud, capacidad y constancia necesaria

para dar termino a una de las etapas de mis estudios y poder de esta manera

aportar con más conocimientos en mi futura vida profesional.

Al personal docente de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad de

Guayaquil, en especial a la Ing. Qca. Katherine Zalamea Msc.; quien como tutora

de esta tesis nos dio orientación valiosa para el desarrollo y culminación de este

trabajo de investigación.

Un agradecimiento especial a mi compañero y amigo Richard Marshall Sánchez

por haberme apoyado con la fuente de información durante la investigación, ya

que sin su ayuda hubiera sido difícil el desarrollo de este presente trabajo.


vii

DEDICATORIA

Dedico este trabajo a mis padres quienes con todo cariño y responsabilidad

supieron guiarme en el difícil camino de la vida.

Es así, que al dedicarle la presente, pienso sinceramente que esta es una de las

maneras de expresarles mi agradecimiento.

Ellos, que en ningún momento, dejaron de esforzarse por darme una buena

educación para así poder desempeñarme en un futuro lleno de esperanza, y sea

útil a la patria y a la sociedad.

A mi novia ya que ha caminado al lado mío por esta senda, y ha sido parte

importante en mi vida personal y estudiantil siendo así parte de este logro.


viii

ÍNDICE

ÍNDICE DE FIGURAS ....................................................................................... xi

ÍNDICE DE TABLAS ....................................................................................... xiii

ÍNDICE DE ANEXOS ....................................................................................... xv

RESUMEN ..................................................................................................... xvi

ABSTRACT .................................................................................................... xvii

1. La Investigación ............................................................................................ 1

1.1 Introducción ................................................................................................ 1

1.2 Antecedentes .............................................................................................. 2

1.3 Justificación ................................................................................................ 4

1.4 Delimitaciones ............................................................................................. 5

1.5 Objetivos ..................................................................................................... 7

1.5.1 Objetivo General ……………………………………………….……………….7

1.5.2 Objetivos Específicos ……………………………… ........................... …..... 7

1.6 Variables ..................................................................................................... 7

1.6.1 Variable Independiente ……………………………… ................................. 7

1.6.2 Variable Dependiente ……………………………………………… .............. 7

1.7 Hipótesis ..................................................................................................... 8

1.7.1 Hipótesis Alternativa ……………………………….. ................................... 8

1.7.2 Hipótesis Nula ………………………………………………………… ........... 8

CAPITULO 2 ..................................................................................................... 9

2. Marco teórico ................................................................................................ 9

2.1 Metales pesados ......................................................................................... 9

2.1.1 Fuentes industriales de sustancias contaminantes ................................. 10

2.2 Toxicología de los metales pesados.......................................................... 11

2.2.1 Plomo ……………………………………………………………………… .... 12

ix

2.2.1.1 Fuentes naturales de Plomo ................................................................ 12

2.2.1.2 Efectos a la salud y el medio ambiente ............................................... 13

2.2.2 Mercurio ……………………………………………………………… ........... 14

2.2.2.1 Fuentes naturales de mercurio ............................................................ 15

2.2.2.2 Ciclo del mercurio................................................................................ 16

2.2.2.3 Efectos a la salud y el medio ambiente ............................................... 17

2.3 Tratamientos para la Eliminación de Metales Pesados ............................. 18

2.3.1 Adsorción ……………………………………………………………… ......... 20

2.4 Biosorción ................................................................................................. 21

2.4.1 Procesos de biosorción ………………………………. .............................. 22

2.4.2 Descripción general del proceso de biosorción ……………………………24

2.4.3 Mecanismos de biosorción ……………………………… .......................... 25

2.4.3.1 Concepto de ácidos y bases fuertes y débiles ..................................... 26

2.4.4 Factores que afectan la biosorción……………………………… .............. 28

2.4.5 Cinética de biosorción ……………………………… ................................. 34

2.4.5.1 Etapas cinéticas de la bioadsorción .................................................... 35

2.4.6 Biosorbentes ………………………………………………… ...................... 37

2.4.6.1 Tipos de biosorbentes ......................................................................... 38

2.5 Limón (materia prima) ............................................................................... 39

2.5.1 Generalidades ……………………………………………….. ..................... 39

2.5.2 Usos ……………………………………………………………… ................. 40

2.5.3 Producción ……………………………………………….. ........................... 41

2.6 Toronja (materia prima) ............................................................................. 41

2.6.1 Generalidades ……………………………………………… ....................... 41

2.6.2 Variedades …………………………………………………………………… 42

2.6.3 Usos ……………………………………………………………… ................. 42

2.6.4 Producción ………………………………………………… ......................... 43

x

2.7 La Pectina ................................................................................................. 43

2.7.1 Estructura química …………………………………………………. ............ 44

2.7.2 Procedencia de las pectinas ……………………………… ....................... 44

2.7.3 Clasificación ………………………………………………… ....................... 46

2.7.4 Grado de esterificacion (GE) ……………………………… ....................... 46

2.7.5 Aplicaciones ……………………………………………… ........................... 48

2.7.6 Biosorción por Pectinas ………………………………….. ......................... 48

CAPITULO 3 ................................................................................................... 50

3. Desarrollo experimental .............................................................................. 50

3.2 Universo de trabajo ………………………………………………................... 50

3.3 Tipo de Muestra ………………………………………………… .................... 51

3.3 Materiales, Reactivos y Equipos ……………………………… .................... 51

3.4 Procedimiento experimental ………………………………… ....................... 52

3.4.1 Preparación de las Cáscaras de cítricos ................................................ 52

3.4.2 Limpieza ................................................................................................. 52

3.4.3 Troceado ................................................................................................ 52

3.4.4 Secado ……………… ............................................................................. 52

3.4.5 Molienda ................................................................................................ 53

3.4.6 Tamizado ............................................................................................... 53

3.4.7 Almacenamiento .................................................................................... 53

3.4.8 Tratamiento posterior del biosorbente ……………… .............................. 53

3.5 Diseño Experimental ................................................................................. 54

3.6 Ingenieria del proceso ……………………………………………… .............. 57

3.7 Preparación del agua sintética ……………………………… ....................... 59

3.8 Ensayos de biosorción ………………………………………………… .......... 59

3.9 Estudio de la cinética del proceso de biosorción ……………… ................. 60

3.10 Métodos de análisis para la determinación de metales ........................... 61

xi

3.11 Procedimiento de análisis para la determinación de metales en el

espectrofotómetro de absorción atómica……………………………………62

CAPITULO 4 ................................................................................................... 64

4. Análisis de resultados ................................................................................. 64

4.1 Evaluación de la capacidad de biosorción …………………. ...................... 64

4.2 Gráficos representativos de los resultados …………………. ..................... 67

4.2.1 Porcentajes de biosorción ...................................................................... 67

4.2.2 Eficiencia del proceso de biosorción ...................................................... 70

4.2.3 Estudio de la cinética de biosorción ....................................................... 72

4.2.4 Comparación de resultados.................................................................... 79

CONCLUSIONES ........................................................................................... 80

RECOMENDACIONES ................................................................................... 81

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................... 82

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura #1: Ubicación geográfica de la Facultad de Ingeniería Química,

Universidad de Guayaquil .............................................................. 6

Figura #2: Ubicación geográfica del Laboratorio de Análisis Inspectorate del

Ecuador .......................................................................................... 6

Figura #3: Ciclos del Mercurio ........................................................................ 17

Figura #4: Diferencias entre Adsorción – Absorción – Biosorción .................. 23

Figura #5: Diferencias entre Bioacumulación y Biosorción de metales ........... 24

Figura #6: Etapas del proceso de Biosorción ................................................. 24

Figura #7: Partes del limón ............................................................................ 40

Figura #8: Tipo de toronja de la variedad (Marsh Seedless) una de las

res que se comercializa en el Ecuador ......................................... 42

xii

Figura #9: Estructura polimérica conformada por unidades de ácido

α–D–galacturónico y derivados metoxilados unidos entre sí por

enlaces α-1-4. ............................................................................. 44

Figura #10: Pectinas de alto metoxilo ............................................................ 47

Figura #11: Pectinas de bajo metoxilo............................................................ 47

Figura #12: Pectinas amídicas de bajo metoxilo ............................................ 47

Figura #13: Reticulación de la pectina ........................................................... 54

Figura #14: Diagrama de flujo de las cáscaras sin reticulación ...................... 57

Figura #15: Diagrama de flujo de las cáscaras con reticulación ..................... 58

Figura #16: Porcentaje de Biosorción de Plomo en cáscaras de toronja

utilizando un tamaño de partícula de 0.63 mm ............................. 67

Figura #17: Porcentaje de Biosorción de Plomo en cáscaras de toronja

utilizando un tamaño de partícula de 0.315 mm ........................... 67

Figura #18: Porcentaje de Biosorción de Mercurio medio en cáscaras de

toronja utilizando un tamaño de partícula de 0.63 mm ................. 68

Figura #19: Porcentaje de Biosorción de Mercurio medio en cáscaras de

toronja utilizando un tamaño de partícula de 0.315 mm ............... 68

Figura #20: Porcentaje de Biosorción de Plomo en cáscaras de limón

utilizando un tamaño de partícula de 0.63 mm ............................. 68

Figura #21: Porcentaje de Biosorción de Plomo en cáscaras de limón

utilizando un tamaño de partícula de 0.315 mm ........................... 68

Figura #22: Porcentaje de Biosorción de Mercurio medio ácido en cáscaras

de limón utilizando un tamaño de partícula de 0.63 mm ............... 69

Figura #23: Porcentaje de Biosorción de Mercurio medio ácido en cáscaras

de limón utilizando un tamaño de partícula de 0.315 mm ............ 69

Figura #24: Eficiencia de Biosorción de plomo en cáscaras de toronja

vs la cantidad de biosorbente utilizado ......................................... 70

Figura #25: Eficiencia de Biosorción de Mercurio en cáscaras de toronja


xiii

Figura #26: Eficiencia de Biosorción de Plomo en cáscaras de toronja


Figura #27: Eficiencia de Biosorción de mercurio en cáscaras de Limón


Figura #28: Gráfico representativo de la cinética de biosorción de plomo

utilizando cáscaras de toronja y su respetivo ajuste al modelo

cinético de pseudo segundo orden ............................................... 75

Figura #29: Gráfico representativo de la cinética de biosorción de plomo

utilizando cáscaras de limón y su respetivo ajuste al modelo


Figura #30: Gráfico representativo de la cinética de biosorción de mercurio

utilizando cáscaras de toronja y su respetivo ajuste al modelo


Figura #31: Gráfico representativo de la cinética de biosorción de mercurio

utilizando cáscaras de limón y su respetivo ajuste al modelo


ÍNDICE DE TABLAS

Tabla #1: Los metales pesados pueden ser agrupados de acuerdo a sus

propiedades químicas fundamentales ............................................ 9

Tabla #2: principales Sustancias contaminantes en diferentes industrias ....... 10

Tabla #3: Descripción de tratamientos para remoción de metales pesados. .. 19

Tabla #4: Factores que afectan el proceso de adsorción ................................ 20

Tabla #5: Afinidad de grupos funcionales e iones metálicos ........................... 27

Tabla #6: Descripción de los modelos cinéticos utilizados para ajuste de los

datos experimentales ................................................................... 37

Tabla #7: Algunos materiales Biosorbentes usados para remover metales

pesados ....................................................................................... 39

xiv

Tabla #8: Contenido de sustancias pécticas en vegetales conocidos

(g /100g materia fresca) ............................................................... 45

Tabla #9: 1era etapa de experimentación; Biosorción de plomo utilizando

cáscaras de toronja y limón sin Reticulación ................................ 55

Tabla #10: 1era etapa de experimentación; Biosorción de Mercurio

utilizando cáscaras de toronja y limón sin Reticulación ................ 56

Tabla #11: 2da etapa de experimentación; Biosorción de Plomo y

Mercurio utilizando cáscaras de toronja y limón Reticuladas ........ 56

Tabla #12: Resultados de la 1era etapa de experimentación; Biosorción

de plomo utilizando cáscaras de toronja y limón .......................... 64

Tabla #13: Resultados de la 1era etapa de experimentación; Biosorción

de mercurio utilizando cáscaras de toronja y limón ...................... 65

Tabla #14: Resultados de la 2da etapa de experimentación; Biosorción

de plomo y mercurio utilizando cáscaras de toronja y limón

reticuladas .................................................................................... 65

Tabla #15: Resultados 1ra etapa de experimentación; porcentaje de

Biosorción y capacidad de Biosorción .......................................... 66

Tabla #16: Resultados 2da etapa de experimentación cáscaras reticuladas;

porcentaje de Biosorción y capacidad de Biosorción .................... 66

Tabla #17: Resultados del estudio de la cinética de biosorción de plomo

utilizando cáscaras de toronja sin reticulación a un tamaño de

partícula de 0,63 mm .................................................................... 72

Tabla #18: Resultados del estudio de la cinética de biosorción de plomo

utilizando cáscaras de limón sin reticulación a un tamaño de

partícula de 0,315 mm .................................................................. 73

Tabla #19: Resultados del estudio de la cinética de biosorción de Mercurio

utilizando cáscaras de toronja sin reticulación a un tamaño de

partícula de 0,63 mm .................................................................... 73

Tabla #20: Resultados del estudio de la cinética de biosorción de Mercurio

utilizando cáscaras de limón sin reticulación a un tamaño de

partícula de 0,315 mm ..…………..…………..…………..………….74

xv

ÍNDICE DE ANEXOS

Anexo #1: Selección de la materia prima

Anexo #2: Cáscaras de toronja y limón listas para el proceso de secado

Anexo #3: Pesado de las cáscaras secas eliminando un 80% de humedad

Anexo #4: Proceso de molienda y clasificación de tamaño

Anexo #5: Separación y pesado por tamaño de partícula

Anexo #6: Preparación de las soluciones de trabajo a partir de las soluciones

estándar

Anexo #7: Tratamientos listos para el proceso de biosorción de plomo y mercurio

Anexo #8: Filtración de las soluciones de trabajo después de las 48 horas de

biosorción

Anexo #9: Tratamiento de reticulación de las cáscaras de cítricos

Anexo #10: Determinación de la cinética de biosorción de plomo y mercurio

reguladas a pH acido

Anexo #11: Muestras listas para el análisis (espectrofotometría de absorción

atómica)

Anexo #12: Equipo espectrofotómetro de absorción atómica

Anexo #13: Resultados de la cinética de biosorción de plomo para las cáscaras

de toronja - Inspectorate del Ecuador

Anexo#14: Resultados de la cinética de biosorción de mercurio para las

cáscaras de toronja - Inspectorate del Ecuador

Anexo #15: Resultados de la cinética de biosorción de plomo para las cáscaras

de limón - Inspectorate del Ecuador

Anexo #16: Resultados de la cinética de biosorción de mercurio para las

cascaras de limón - Inspectorate del Ecuador

xvi

RESUMEN

En el presente trabajo de titulación se estudió el proceso de biosorción de

plomo (Pb) y mercurio (Hg) utilizando cáscaras de cítricos (limón y toronja); se

trabajó el proceso de biosorción poniendo en contacto cáscaras molidas

deshidratadas con soluciones contaminadas de plomo y mercurio a 20 ppm

durante un tiempo de residencia de 48 horas. Tomando como dos variables

importantes la cantidad de biosorbente (0.5 g, 1.0 g, 1.5 g 2.0 g y 3.0 g) y el

tamaño de partícula (630 y 315 μm). El diseño experimental consistió en trabajar

dos fases; la 1era. fase consiste en trabajar con cáscaras de cítricos molidas sin

reticulación solamente reguladas a pH ligeramente acido entre 4-6 con (HCL

0.1M) lo cual favorece la biosorción, mientras que la 2da. fase se trabajó con

cáscaras de cítricos reticuladas con una solución de CaCl2 0,2 M reguladas a pH

5 (HCL 0.1M); tomando los mejores resultados obtenidos de la primera etapa

experimental con el objetivo de incrementar el poder biosorbente. Se

determinaron los porcentajes, eficiencias y las cinéticas de biosorción dando los

mejores resultados para las cáscaras de toronja, 93.54% de biosorción de plomo

utilizando 3.0 g de biosorbente con un tamaño de partícula de 630 μm y 98.80%

de biosorción de mercurio utilizando 3.0 g con un tamaño de partícula de 315

μm. Para las cáscaras de limón, 96.08% utilizando 1.5 g de biosorbente con un

tamaño de partícula de 630 μm y 98.58% de biosorción de mercurio fue de

utilizando 3.0 g con 315 μm de tamaño de partícula.

Palabras Clave: Cáscaras de toronja, cáscaras de limón, Biosorción,

reticulación, metales pesados, cinética de biosorción.

xvii

ABSTRACT

In the present research, we studied the biosorption process of lead (Pb) and

mercury (Hg) using citrus peels (lemon and grapefruit); we worked the biosorption

process by contacting dehydrated ground and crushed peels with 20 ppm

contaminated solutions of lead and mercury in a residence time of 48 hours. We

worked with two important variables such as the amount biosorbent (0.5 g, 1.0 g,

1.5 g, 2.0 g and 3.0 g) and particle size (630 and 315 μm). The experimental

design consisted of two phases work; 1st. phase consists of Working with ground

and crushed citrus peels without crosslinking, only regulated to pH slightly acid

4-6 (0.1 M HCl) favoring the biosorption meanwhile the 2nd phase consist of

working with crosslinked citrus peels with a solution of 0.2 M CaCl2 regulated to

pH 5 (0.1M HCl); for this second phase we took the best Results from the first

experimental stage with the aim to increase biosorbente power. We determinated

the percentages, efficiency and kinetics biosorption giving the best results for

grapefruits peels; 93.54% of lead biosorption

using 3.0 g of biosorbent with a particle size of 630 μm and 98.80% of mercury

biosorption using 3.0 g of biosorbent with a particle size of 315 μm. For the lemon

peels; 96.08% of lead biosorption using 1.5 g of biosorbent with a particle size of

630 μm and 98.58% of mercury biosorption using 3.0 g of biosorbent with a

particle size of 315 μm.

Keywords: lemon peels, grapefruit peels, biosorption, crosslinking, biosorption,

heavy metals, kinetics.

CAPITULO 1

1. La Investigación

1.1 Introducción

La preocupación que existe en la actualidad por el medio ambiente y su

contaminación, ha causado un aumento considerable de investigaciones y

desarrollo de nuevas tecnologías que sean sustentables, así como normas

y regulaciones más estrictas.

A causa de esto, se ha introducido a la actividad industrial tecnologías

limpias, lo que ha logrado reducir las descargas de contaminantes dañinos

al medio ambiente; a pesar de esto, la mayoría de industrias continúan

generando concentraciones altas de contaminantes en sus efluentes

industriales.

En las aguas residuales industriales, uno de los contaminantes que

afectan más al medio ambiente es el de los metales pesados. Las

investigaciones sobre metales pesados en los ecosistemas marítimos han

sido de gran interés en los últimos años debido a la preocupación de

proteger el medio ambiente y por el papel que algunos de estos elementos

tienen en los seres vivos.

Los metales pesados son contaminantes altamente peligrosos en

ecosistemas acuáticos debido a su persistencia, a su baja

biodegradabilidad, su alta toxicidad a baja concentraciones y su capacidad

para acumularse en diferentes organismos.

Por lo general los que tienen mayor importancia toxicológica son: Hg,

As, Cr, Pb, Cd, Ni y Zn ya que para la mayoría de los organismos la

exposición por encima de una concentración considerada normal puede ser

muy nocivo.

Para tratar efluentes industriales con estos contaminantes

normalmente se utilizan procesos como: carbón activado, intercambio

iónico, extracción con disolventes, tecnologías con membranas ya sean

con micro/nano/ultrafiltración y osmosis inversa.

La mayoría de estos procesos llegan a ser difíciles por sus altos costos

de operación y requerimientos energéticos, lo que ocasiona que

generalmente opten por verter sus efluentes a cuerpos hídricos cercanos.

La Biosorción, es un proceso físico-químico que surge como una

alternativa para ayudar en la remoción de iones de metales pesados en los

efluentes industriales, y además permite darle un tratamiento a los

desechos agrícolas como zumos o residuos cítricos que antes no tenían

ninguna utilidad.

Esta biomasa residual conocida como material biosorbente se

encuentra disponible en grandes cantidades y en ciertos productos

residuales de operaciones industriales o agrícolas; son de fácil adquisición

y de bajo costo.

La Biosorción presenta algunas ventajas en comparación con las

técnicas convencionales; ya que son de bajo costo, poseen una alta

eficiencia, la poca o nula utilización de productos químicos, no requieren

nutrientes adicionales, se puede regenerar los materiales utilizados como

biosorbentes y la posibilidad de recuperar estos metales pesados.

1.2 Antecedentes

Desde hace algunos años la temática de la conservación del medio

ambiente ha preocupado a la comunidad mundial por su intento de

conservar el lugar donde vivirán nuestras futuras generaciones.

En Ecuador específicamente las regulaciones y las normas se hicieron

mucho más exigentes; por esta razón, se exigió la reducción de la

contaminación, limpieza de ambientes contaminados y protección de las

zonas consideradas ecosistemas en peligro.

En nuestro país las aguas residuales industriales son una fuente

constante de contaminación; el incremento de la actividad industrial y el

desarrollo urbano en los últimos años ha provocado un aumento

considerable de la concentración de metales pesados en los ecosistemas.

Esta falta de tratamiento a las aguas residuales genera una gran

acumulación de estas sustancias tóxicas que son altamente nocivas para

los seres vivos.

Entre los principales sectores industriales que son fuentes de

contaminación de metales pesados se encuentran: la minería, industria del

cemento, colorantes, curtiembre, farmacéuticas, galvanoplastia,

producción de acero, pinturas corrosivas, producción de energía,

fabricación de baterías y fabricación de textiles.

El plomo; metal de alta toxicidad es de mucho uso en la industria de

fabricación de baterías y recubrimiento de materiales; la producción de

baterías de plomo es una de las causas más importantes de contaminación

de este metal.

Su preocupación radica ya que solamente existe la recuperación de

subproductos a partir de las baterías plomo de manera artesanal y tampoco

se reporta información relativa a los costos, gestión de reciclaje, estudios y

proyectos de investigación para recuperación de este metal (Macías

Troncoso & Jara Nivelo, 2011).

El mercurio es un metal mucho más tóxico que el plomo; La presencia

de mercurio en el ambiente tiene importantes implicaciones por los efectos

dañinos que produce en los seres vivos, ya que es un metal pesado que se

acumula en los tejidos blandos y provoca enfermedades irreversibles e

incluso la muerte.

En concentraciones altas, este metal inhibe el desarrollo celular de

algunas plantas que absorben trazas de este elemento; Los peces que

llegan acumular este metal generalmente no mueren solo se produce una

bioacumulación en el organismo afectando la cadena trófica ya que no

puede ser detectado fácilmente.

Como dato de interés en un estudio realizado por el centro internacional

Mercury Watch en Ginebra, Suiza; enero 2013, evaluaron de manera global

las cantidades y ubicaciones de las liberaciones de mercurio a causa de la

minería artesanal de oro y denotaron que Ecuador es el tercer país

latinoamericano que emite más mercurio en el mundo. Lo superan

Colombia y Perú (El Universo, 2013).

Según (Mercury Hg Watch, 2013) Ecuador dispersa 50 toneladas

métricas al año de mercurio al medio ambiente contaminando cuerpos

hídricos solo por la minería artesanal de oro de acuerdo a las cifras

analizadas en los años 2005, 2006 y 2010, datos recopilados de la

producción y el comercio de oro y mercurio (El Universo, 2013).

Estas valoraciones son ejemplos que reflejan la cantidad de

contaminación que pueden afectar los ecosistemas que tiene el Ecuador ya

sea afectando los cuerpos hídricos, la flora o la fauna; que a pesar de tantas

regulaciones existentes las descargas residuales no disminuyen su carga

contaminante causando su acumulación en estos ecosistemas.

1.3 Justificación

El agua es esencial para la vida y de ahí radica su importancia en la

tierra y en los seres vivos; Recordemos que si bien el agua cubre el 75%

de la superficie terrestre, sólo el 2,53% es agua dulce, el 97,5% restante es

agua salada contenida en los mares, océanos y lagos ubicados en

diferentes partes del Globo Terrestre. De este 2,53% de agua dulce, el

hombre sólo tiene acceso a un 1%, siendo un 0,3% el agua disponible en

ríos y lagos (Avellaneda et.al, 2011).

Las descargas de efluentes que realizan las industrias son las

principales fuentes de contaminación de los cuerpos de aguas, sean estos

ríos, estuarios y océanos, las cuales contienen sustancias inorgánicas y

orgánicas.

Los ríos constituyen una de las principales vías de transporte de

metales pesados a las zonas costeras. Así, las costas con influencia de ríos

constituyen uno de los ecosistemas más sensibles a ser afectados, ya que

los metales, al entrar en contacto con la zona marina, sufren procesos que,

junto con algunos factores ambientales, permiten su acumulación en los

sedimentos (Banguera, 2013).

La investigación radica en buscar una alternativa de solución para el

tratamiento que realizan las industrias a sus efluentes líquidos debido a la

presencia de contaminantes que más afectan al medio ambiente, tales

como los metales pesados y evitar una mayor carga de contaminante

descargados a los cuerpos de agua.

Por lo general para eliminar o reducir los niveles de estos

contaminantes se utilizan procesos que pueden llegar a ser costosos y de

alto costo energético por lo que el interés de esta investigación es el uso

de materiales naturales o residuales de origen biológico como adsorbentes

ya que son abundantes y tienen bajo costo.

1.4 Delimitaciones

El proyecto de titulación se realizara de manera experimental en las

instalaciones del laboratorio de Química ubicado en la Facultad de

Ingeniería Química de la Universidad de Guayaquil ubicada en la Cdla.

Universitaria "Salvador Allende", Malecón del Salado entre Av. Delta y Av.

Kennedy.

Mientras que la fase de análisis de manera instrumental se la realizara en

las instalaciones del Laboratorio INSPECTORATE DEL ECUADOR

ubicada en la Cdla. Guayaquil, Mz 8 solar 4.

Coordenadas: 193°S Guayas, Guayaquil. (2°10ˊ41” S

79°53ˊ46”O) -20 m de altitud.

Fuente: Google Maps

FIGURA #1: UBICACIÓN GEOGRÁFICA DE LA FACULTAD DE

INGENIERÍA QUÍMICA, UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

-20 M DE ALTITUD

Coordenadas: 3er Callejón 14 NO, Guayaquil (2°09'22.2"S79°53'42.3"O).

Fuente: Google Maps

FIGURA #2: UBICACIÓN GEOGRÁFICA DEL LABORATORIO DE

ANÁLISIS INSPECTORATE DEL ECUADOR

-20 M DE ALTITUD

1.5 Objetivos

1.5.1 Objetivo General

Determinar la capacidad de biosorción de metales pesados que

tienen las cascaras de cítricos deshidratadas (Toronja y Limón).

1.5.2 Objetivos Específicos

Caracterizar las cáscaras de cítricos (limón y toronja).

Determinar el porcentaje de remoción de metales pesados que

tienen las cáscaras de cítricos.

Determinar la relación contenido de metal versus g de Biosorbente.

Determinación de las cinéticas de Biosorción de Plomo y Mercurio.

1.6 Variables

1.6.1 Variable Independiente

Concentración de cáscaras de toronja y limón molidas g/l.

Tamaño de partícula de la cascara de toronja y limón molida.

pH del medio

1.6.2 Variable Dependiente

Porcentaje de Pb y Hg biosorbido por la cáscaras de toronja y limón

molidas.

1.7 Hipótesis

1.7.1 Hipótesis Alternativa

H1 = Es posible la Biosorción de metales pesados adicionando una

concentración adecuada de cáscara de toronja y limón molida en aguas

contaminadas.

1.7.2 Hipótesis Nula

H0 = No es posible la biosorción de metales pesados adicionando

una concentración adecuada de la cáscara de toronja y limón molida en

aguas contaminadas.

CAPITULO 2

2. Marco teórico

2.1 Metales pesados

El término de metal pesado refiere a cualquier elemento químico

metálico que tenga una relativa alta densidad y sea tóxico o venenoso en

concentraciones bajas. (Romero, 2014)

Se denominan metales pesados a aquellos elementos químicos que

poseen peso atómico comprendido entre 63.55 (Cu) y 200.59 (Hg), y que

presentan un peso específico mayor a 4 gr/cm3. (Areco, 2011)

Poseen una conductividad eléctrica alta, son dúctiles, la mayoría son

elementos de transición con capacidad para formar compuestos que

pueden o no sufrir actividad redox.

De los 902 elementos que se encuentran naturalmente 21 son no

metales, 16 son metales ligeros y los tres restantes, incluyendo el As, son

metales pesados. Se incluyen el Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Co, Hg, Ni, Pb, Al

y Se. (Morales Fonseca & Ruiz Tobar, 2008)

Fuente: María del Mar Areco, Tesis Doctoral 2011

TABLA #1: LOS METALES PESADOS PUEDEN SER AGRUPADOS DE ACUERDO A

SUS PROPIEDADES QUÍMICAS FUNDAMENTALES

Los metales de tipo A tienden a formar cationes que reaccionan con

iones cargados negativamente como el oxígeno y las partículas

suspendidas, estos son los que se acumulan mayoritariamente en

suelos y sedimentos.

Los metales tipo B tienden a formar complejos más estables o

compuestos orgánicos, haciendo más fácil su transporte en ambientes

acuáticos.

Los metales pesados son componentes naturales de la corteza de tierra.

No pueden ser degradados o ser destruidos; En forma de trazas (< 50 ppm)

se incorporan a nuestros cuerpos vía alimenticia, consumo de agua o

respirando aire contaminado. Muchos metales como el cobre, selenio, cinc

son esenciales para mantener el metabolismo del cuerpo humano. Sin

embargo, en concentraciones altas pueden conducir al envenenamiento.

(Castro, 2015)

2.1.1 Fuentes industriales de sustancias contaminantes

Fuente: Tesis Doctoral de María del Mar Areco, 2011

TABLA #2: PRINCIPALES SUSTANCIAS CONTAMINANTES EN DIFERENTES

INDUSTRIAS

2.2 Toxicología de los metales pesados

La toxicidad de un elemento o compuesto químico es la capacidad que

tiene ese material de afectar negativamente alguna función biológica. Lo

que hace tóxicos a los metales pesados no son en general sus

características esenciales, sino las concentraciones en las que pueden

presentarse y el tipo de especie que forman en un determinado medio.

(Areco, 2011)

(Manahan, 2007) Algunos de los metales pesados que están entre los

más dañinos y son de particular interés debido a su toxicidad para los

humanos son los metales de transición, así como algunos elementos

representativos, como el plomo y el estaño incluyendo elementos

esenciales como el hierro y tóxicos como el cadmio y el mercurio

describiendo algunos efectos bioquímicos como:

Su marcada afinidad por el azufre evitando la función de las enzimas

y formando enlaces con ellas a través de sus grupos con azufre.

El ácido carboxílico de las proteínas (-CO2H) y los grupos amino

(-NH2) se enlazan químicamente con ellos.

Los iones de cadmio, cobre, plomo y mercurio se unen a las

membranas celulares impidiendo los procesos de transporte a través

de la pared celular incluso pueden precipitar biocompuestos de

fosfato o catalizar su descomposición.

Los metales pesados son peligrosos porque tienden a bioacumularse y

comenzar su biomagnificación en organismos vivos.

La bioacumulación significa un aumento en la concentración de un

producto químico en un organismo biológico en un cierto plazo, comparada

a la concentración del producto químico en el ambiente (Romero, 2014).

Es decir que esa concentración aumenta en un organismo expuesto en

función del tiempo como por ejemplo peces adultos que tienen una alta

concentración de contaminantes en comparación con peces jóvenes. Si el

organismo está expuesto por largos periodos a una o más sustancias

xenobióticas estas se bioacumularan en él y lo afectaran (Albert, 1985).

La biomagnificación se da cuando algunas sustancias pueden

aumentar sucesivamente la concentración del contaminante a medida que

pasa a un nivel trófico o eslabón superior de la cadena trófica. (Albert, 1985)

2.2.1 Plomo

Es un metal pesado de color azulado llegando adquirir un color

grisáceo dependiendo de las condiciones que se halle, se encuentra

distribuido ampliamente por la naturaleza siendo parte de un gran número

de minerales.

Es considerado como un elemento químico peligroso, entre todas las

sustancias químicas tóxicas presentes en el ambiente, el plomo es la más

persistente; con una concentración media en la tierra de 1.6 g por cada 100

kg de suelo (Kuffó García , 2013).

En la naturaleza el Pb2+ este estado de oxidación (+2) es la forma

estable del plomo, este plomo inorgánico proviene de las fuentes

industriales y minera (Manahan, 2007) pero también forma complejos poco

solubles con carbonatos, sulfuros, sulfatos e hidróxidos (Kuffó García ,

2013).

Además lo encontramos en una gran variedad de minerales, entre los

que se encuentran principalmente la galena (PbS), la anglesita (PbSO4) y

la cerusita (PbCO) (Morales Fonseca & Ruiz Tobar, 2008).

2.2.1.1 Fuentes naturales de Plomo

El plomo es un elemento poco abundante en la litosfera de (10 a 20

ug/g) y su mayor concentración se lo encuentra en el mineral galena

(Sulfuro de Plomo) también en las rocas más comunes de la corteza

terrestre llegando a variar de 30 ppm en minerales como granito, riolita y

pizarras negras hasta 1 ppm en sedimentos, basaltos y rocas ígneas como

la dunita. (Ubillus Limo, 2003)

Industrialmente, sus compuestos más importantes son los óxidos de

plomo y el tetraetilo de plomo; La Galena que constituye la fuente principal

de producción comercial de este metal y otros minerales de plomo como lo

son:

La cerusita (carbonato), la anglesita (sulfato), la corcoita (cromato), la

wulfenita (molibdato), la piromorfita (fosfato), la mutlockita (cloruro) y la

vanadinita (vanadato); minerales que no solo contienen plomo sino otros

metales tóxicos. (Organización Internacional del Trabajo (OIT), 1998)

El plomo se encuentra en una gran variedad de aleaciones y sus

compuestos se utilizan en grandes cantidades de industrias.

Aproximadamente un 40 % del plomo se utiliza en forma metálica, un 25 %

en aleaciones y un 35 % en compuestos químicos. (Organización

Internacional del Trabajo (OIT), 1998)

2.2.1.2 Efectos a la salud y el medio ambiente

El plomo es un metal que carece de valor biológico, por lo que no es

requerido para el funcionamiento normal de los seres vivos y al no ser

biodegradable puede durar cientos de años.

El plomo y los compuestos de plomo son generalmente contaminantes

tóxicos no solo para la salud humana sino también para las plantas

limitando la síntesis clorofílica además de acumularse en los organismos

de animales, sedimentos y en el fango. (Banguera, 2013)

Medio Ambiente

Debido a las descargas de efluentes industriales contaminados,

corrosión de tuberías y pinturas que contienen plomo puede llegar a

cuerpos hídricos, en ambientes naturales los animales pueden absorber

plomo por inhalación o por ingesta; si la absorción es lenta, la excreción lo

es aún más, de manera que el plomo tiende a bioacumularse. (Areco, 2011)

El Plomo se bioacumula en los cuerpos de los organismos acuáticos y

organismos del suelo produciéndoles efectos en su salud a

concentraciones superiores a las del medio, este problema de

bioacumulación se ve exacerbado por la biomagnificación de estos

elementos en su paso a través de la cadena trófica. (Alcivar Tenorio &

Mosquera Armijo, 2011)

Salud Humana

En el organismo humano, el plomo inorgánico no se metaboliza, sino

que se absorbe, se distribuye y se excreta directamente. La velocidad a que

se absorbe el plomo depende de su forma química y física y de las

características fisiológicas de la persona expuesta (edad y estado

nutricional). (Organización Internacional del Trabajo (OIT), 1998)

Según (Castro, 2015) Este metal causa varios efectos no deseados

en la salud humana como:

Inhibición de la biosíntesis de la hemoglobina y la anemia.

Variación de la presión sanguínea.

Daños renales.

Problemas abortivos.

Alteración del sistema nervioso.

Daño al cerebro.

Infertilidad del hombre a través del daño en el esperma.

2.2.2 Mercurio

Es un elemento metálico de color plateado cuyo símbolo químico es

Hg, 13.5 veces más denso que el agua, es el único metal que se encuentra

líquido a presión y temperatura ambiente; aunque en la naturaleza la mayor

cantidad de mercurio elemental se encuentra en forma de vapor.

(Sarmiento Viteri, 2013)

Posee las siguientes características físico-químicas: (Gaona

Martínez, 2004)

Puede estar en tres estados de oxidación que son metálico o elemental

(Hg0), mercurioso (Hg+1) y mercúrico (Hg+2)

Es el único metal líquido que a temperatura ambiente se expande o

contrae uniformemente con cambios de temperatura.

El mercurio como sus sales tienen una gran resistencia a la

biodegradación, por lo que se acumulan creando graves problemas de

contaminación ambiental.

Forma aleaciones con muchos metales especialmente con el oro y la

plata, excepto hierro (solo a temperaturas muy altas) y con azufre se

combina a temperatura ambiente.

2.2.2.1 Fuentes naturales de mercurio

El mercurio es un elemento presente de manera natural en la corteza

terrestre, y puede ser transportado en el ambiente por el aire y el agua.

Se libera a la atmósfera en forma de vapor en fenómenos naturales

como la actividad volcánica, los incendios forestales, el movimiento de

masas de agua, la erosión de rocas y procesos biológicos. (World Health

Organization, 2008)

(Durán Lascano, 2008) Detalla ejemplos de fuentes importantes de

liberaciones antropogénicas de mercurio:

La industria que produce cloro (con subproductos como hidrógeno y

sosa cáustica).

La quema de combustibles fósiles (carbón, petróleo, etc.) liberan

mercurio elemental a la atmósfera.

Compuestos de fenilmercurio (industria de papel de pulpa de madera)

Compuestos de metilmercurio (fabricas químicas) son desechados.

La Minería y otras actividades metalúrgicas que comprenden la

extracción y elaboración de materiales minerales, por ejemplo, la

producción de hierro y acero, ferromanganeso, zinc, oro y otros metales

no ferrosos

2.2.2.2 Ciclo del mercurio

Conocido de esta forma por que consiste en el flujo que tiene este

metal de manera continua entre la atmósfera, la tierra y el agua, así como

el comportamiento de este en los diferentes medios y su transporte.

Según (Doadrio Villarejo, 2004) y (Jaramillo Jumbo & Flores

Campoverde, 2012) Podemos establecer las siguientes pautas de

comportamiento del mercurio en las aguas: (Jaramillo Jumbo & Flores

Campoverde, 2012)

Todas las formas de Hg se transforman en Hg2+ en el agua por reacción

con O2.

Las especies oxidadas de mercurio se reducen a Hgº, por la acción de

bacterias pseudomonas en un proceso anaeróbico, y se sedimenta.

El Hg2+ se metila en aguas continentales o litorales, bien por metilación

aeróbica en numerosos microorganismos y bacterias, producida por

metilación del complejo homocisteína-Hg en los procesos celulares que

normalmente producen metionina, o por metilación anaerobia de

bacterias metanogénicas o por derivados de metilcobalamina.

2.2.2.3 Efectos a la salud y el medio ambiente

La toxicidad del mercurio depende de la forma química en que se lo

encuentre y sus síntomas y signos varían según la exposición.

Un factor muy importante es su acción hacia el medio ambiente ya que

tiene la capacidad de acumularse en los organismos para ascender por la

cadena alimenticia; tomando en cuenta que todas las formas de mercurio

pueden llegar a bioacumularse. (Jaramillo Jumbo & Flores Campoverde,

2012)

Las principales vías de entrada de los compuestos inorgánicos de

mercurio (sales mercuriales) son los pulmones y el tracto gastrointestinal;

alrededor de un 80 % de los vapores del mercurio metálico inhalados van

directamente a los pulmones; aunque también es posible la penetración

subcutánea accidental por la ruptura de un termómetro. (Organización

Internacional del Trabajo (OIT), 1998)

Fuente: Antonio Doadrio Villarejo, Articulo de revista Ecotoxicología y acción toxicológica del mercurio núm. 4 (2004), paginas 933-959

FIGURA #3: CICLOS DEL MERCURIO

2.3 Tratamientos para la Eliminación de Metales Pesados

La contaminación ambiental generada por estas sustancias toxicas ha

llevado a la comunidad científica a desarrollar diferentes métodos para el

tratamiento de los efluentes industriales contaminados con metales

pesados en un medio acuoso, estos tratamientos resultan a veces

complicado debido a que las aguas a tratar puede tener una composición

variable de los siguiente parámetros: (Vílchez Vargas, 2005)

Componentes orgánicos e inorgánicos

Acidez o basicidad extrema

Presencia de sustancias volátiles

Costes económicos

Carga contaminante a tratar

Continuidad del sistema

Mínima supervisión y mantenimiento

Suficiente selectividad en cuanto a metales pesados a considerar

Existen diferente tratamientos utilizados comúnmente como son la

precipitación química, la oxidación-reducción, el intercambio iónico, los

tratamientos electroquímicos, los procesos de membrana, la extracción con

disolventes, la adsorción sobre carbón activado y tratamientos no

convencionales.

En la tabla #3 se detallan estos tipos de tratamientos y sus desventajas:

Tratamiento Método Desventaja Fuente

Precipitación

Química

Se basa en la

utilización de

reacciones químicas

para la obtención de

productos.

Si el metal se

encuentra en

concentraciones muy

bajas, se necesita un

exceso de agente

precipitante para

llegar al precipitado.

(Ordoñez Romero ,

2015)

Oxido-Reducción

Adición de un

compuesto que actúa

como agente oxidante

o reductor.

Estas reacciones son

dependientes del pH,

de manera que el

intervalo de trabajo

depende del reactivo

utilizado.

(Izquierdo Sanchis,

2010)

Intercambio iónico

Proceso en que los

iones se mantienen

unidos a grupos

funcionales sobre la

superficie de un sólido

por fuerzas

electrostáticas.

Los costes de

operación provienen

precisamente de la

regeneración.

(Ramalho, 1983)

(Izquierdo Sanchis,

2010)

Tratamiento

Electroquímico

Consiste en

reacciones de

oxidación-reducción

inducidas por la

aplicación de energía

eléctrica externa.

Concentraciones

metálicas inferiores a

10 ppm, debido a la

disminución de la

eficacia de la

operación.

(Sarria, Parra , &

Rincó, 2005)

Tecnologías de

Membranas,

Osmosis inversa y

Micro/Ultra/Nano

filtración

Son barreras físicas

semipermeables que

separan dos fases,

impidiendo su íntimo

contacto.

Radica en la elevada

densidad de poro de

estas membranas

que implica bajas

resistencias

hidrodinámicas, y por

lo tanto elevados

flujos.

Elevados costos de

operación.

(Izquierdo Sanchis,

2010)

(Círculo de

Innovación en

Tecnologías

Medioambientales y

Energía (CITME))

(Camarillo Blas ,

2005)

TABLA #3: DESCRIPCIÓN DE TRATAMIENTOS PARA LA REMOCIÓN DE

METALES PESADOS.

Extracción con

disolventes

Extracción del metal

por contacto del

efluente contaminado

con un disolvente

orgánico, seguido de

una fase de

separación orgánica

del efluente

descontaminado.

Coste de operación

por la cantidad de

disolvente que se

utiliza y por

contaminación que

puede existir de la

corriente tratada con

el disolvente

orgánico.

(Izquierdo Sanchis,

2010)

2.3.1 Adsorción

El proceso de adsorción consiste en la captación de sustancias

solubles en la superficie de un sólido, en este fenómeno superficial se

denomina adsorbato al soluto y adsorbente a la fase sobre la cual se

acumula; En estos procesos la sustancia queda adsorbida en la superficie

del adsorbente mediante fuerzas físicas (fuerzas electrostáticas o de Van

der Waals). (Romero, 2014)

Este tipo de tratamiento depende fuertemente del pH y cada metal tiene

un pH óptimo para ser extraído. La temperatura, el tiempo de equilibrio, la

concentración de metal y la presencia de otros iones en disolución son

factores que influyen también en el proceso de adsorción. (Romero, 2014)

Factores que influyen en el proceso de adsorción: (Círculo de Innovación

en Tecnologías Medioambientales y Energía (CITME))

Solubilidad: A menor solubilidad Mejor Adsorción

Estructura Molecular: Mas ramificada Mejor Adsorción

Peso Molecular: Si son grandes

moléculas Mejor Adsorción

Polaridad: A menor polaridad Mejor Adsorción

Grado de saturación: Insaturados Mejor Adsorción

TABLA #4: FACTORES QUE AFECTAN EL PROCESO DE ADSORCIÓN

Fuente: Circulo de innovación en tecnologías medioambientales y energía, Universidad de Alcalá

Fuente: Richard Marshall – Joao Espinoza

La adsorción de iones tiene lugar sobre una gran variedad de

materiales, entre ellos destacan: carbón activo, óxidos de hierro y aluminio,

arcilla, materiales sintéticos y otros substratos de diferentes orígenes.

Adsorción con carbón activado:

Los materiales porosos facilitan el contacto entre el adsorbato y los

lugares activos del material adsorbente por eso que la capacidad de

adsorción de un material es función de su superficie interna y externa.

Usado principalmente para eliminar compuestos orgánicos refractarios,

así como compuestos inorgánicos residuales como el nitrógeno, sulfuros y

metales pesados.

El carbón activo es un producto que posee una estructura cristalina

interna, con una alta porosidad que puede desarrollar áreas superficiales

entre 500 - 1500 m2/g. (Ordoñez Romero , 2015)

2.4 Biosorción

La biosorción es una tecnología emergente en la cual materiales

biológicos han sido utilizados como medio de retención o acumulación de

especies químicas presentes en cuerpos acuosos a través de mecanismos

físico-químicos como la adsorción o el intercambio iónico.

La historia sobre investigaciones entre la interacción de los metales

pesados y los biosorbentes se remonta hace varias décadas atrás; Por la

acción de lo que sucede normalmente en el medio ambiente.

Donde se encontró que los compuestos químicos que se encuentran

presentes en ambientes acuosos interaccionan con los materiales

biológicos de dos formas; uniéndose a la pared celular en un proceso

llamado Biosorción o acumulándose en el interior de la célula en un proceso

llamado Bioacumulación. (Plaza Cazón, 2012)

Este método poco convencional busca principalmente la remoción de

metales pesados en aguas residuales prevenientes del sector industrial,

usando como sorbente diferentes materiales de origen biológico (vivo o

muerto), tales como: algas, hongos, bacterias, cáscaras de frutas,

productos agrícolas y algunos tipos de biopolímeros. (Tejada et.al, 2015)

En general, la extracción de metales mediante biomasas residuales se

atribuye a sus proteínas, carbohidratos y componentes fenólicos que

contienen grupos carboxilo, hidroxilo, sulfatos, fosfatos y amino, los cuales

presentan gran afinidad por los iones metálicos, facilitando su captación.

(Tejada et.al, 2015)

2.4.1 Procesos de biosorción

El término biosorción es utilizado para describir aquellos procesos de

formación de enlaces entre el metal y los componentes celulares, lo que

produce que se elimine en mayor cantidad el metal pesado del medio donde

se encuentre. (Vílchez Vargas, 2005)

Los procesos de biosorción envuelven una fase solida (biosorbente),

una fase liquida (solvente, generalmente el agua) conteniendo una especie

disuelta que es el sorbato (iones metálicos).

Este proceso es continuo hasta que alcance la concentración del

sorbato disuelto en la solución y la concentración de sorbato presente sobre

el biosorbente (concentración de equilibro o final); caracterizada por la

saturación del sorbato en el biosorbente. (Santos Bonilla, 2010)

La bioadsorción es un proceso fisicoquímico que incluye los fenómenos

de adsorción y absorción de moléculas e iones; para que el proceso se

pueda realizar con éxito, debe existir una gran afinidad entre los grupos

funcionales del biosorbente y el contaminante, ya que este último debe ser

atraído hacia el sólido y enlazado por diferentes mecanismos.

Fundamento físico-químico:

La adsorción es un fenómeno de atracción entre las moléculas de la

superficie del sólido y las del fluido es decir que sucede en la interfase

sólido-líquido y la absorción existe una penetración física de una fase en

la otra; sin embargo cuando ambos fenómenos coexisten de manera

simultánea se lo conoce como biosorción.

El fenómeno de bioadsorción de iones metálicos, usando materiales

biológicos como adsorbentes, se puede realizar mediante diversos

mecanismos fisicoquímicos y metabólicos en los cuales, el proceso de

captación de los metales pesados puede diferir por Bioacumulación

(adsorción de las especies metálicas mediante los mecanismos de

acumulación al interior de las células de biomasas vivas) o bioadsorción

(adsorción de los iones en la superficie de la célula). (Tejada et.al, 2015)

Adsorción

Biosorción

Absorción

FIGURA #4: DIFERENCIAS ENTRE ADSORCIÓN – ABSORCIÓN –

BIOSORCIÓN

Fuente: Tesis de grado; Villanueva Huerta C. Lima – Perú, 2006

2.4.2 Descripción general del proceso de biosorción

Según (Rios Elizalde, 2014) El proceso de Biosorción se da en una

serie de etapas sucesivas como se muestra en la figura #6.

Etapa1. Difusión externa.

El adsorbato se aproxima a la superficie externa del sólido, para

lograrlo, debe vencer la resistencia de una fina capa acumulada alrededor

del adsorbente (interface sólido-fluido).

Fuente: Paola Ríos Tesis de Grado Universidad Técnica de Machala 2014

FIGURA #6: ETAPAS DEL PROCESO DE BIOSORCIÓN

Bioacumulación de metales

Iones Metálicos Biomasa

Iones Metálicos Biomasa

Biosorción de metales

FIGURA #5: DIFERENCIAS ENTRE BIOACUMULACIÓN Y

BIOSORCIÓN DE METALES

Fuente: Tesis de grado; Villanueva Huerta C. Lima – Perú, 2006

Etapa2. Difusión interna.

Debido a que la superficie externa expuesta por las partículas tiende a

ser menor al 1% del total, el adsorbato migra a través de la red porosa del

sólido.

Etapa 3. La sorción del adsorbato.

En esta etapa, el adsorbato se adhiere a la superficie y penetra al

Biosorbente.

2.4.3 Mecanismos de biosorción

Según (Ahalya et al, 2003) Los mecanismos de Biosorción pueden

dividirse de acuerdo a la dependecia del metabolismo celular en:

Metabolismo dependiente

Metabolismo independiente

De acuerdo a la ubicación donde se encuentra el metal removido de la

solucion la biosorcion puede calsificarme como:

Acumulación/Precipitación extracelular

Sorción/Precipitación extracelular

Acumulación intracelular

Los mecanismos de biosorción son muy variados y dependen en cada

caso del metal y del tipo del material que esta constituido el sorbente; los

principales mecanismos de Biosorción son:

Intercambio Iónico:

Gran parte de los biosorbentes contienen sales de Na+, K+, Ca2+ y Mg2+

en sus estructuras, estos cationes pueden ser intercambiados con los iones

metálicos y quedar unidos al material.

Absorción física:

La unión entre la superficie del biosorbente y el metal se produce por

fuerzas de atracción eletrostática o si la molécula adsorbida no está fija en

un lugar específico de la superficie, sino más bien está libre de trasladarse

dentro de la interfase, la adsorción es debido a las fuerzas de Van der

Waals o también llamada fisisorción. (Tejada et.al, 2015)

Complejación:

La union entre el biosorbente y el metal se produce a traves de

formaciones complejas en la superficie del material, conteniendo ligandos

unidentados o polidentados (quelación), según si pueden coordinar uno o

mas electrones con el metal.

Otros mecanismos menos frecuentes son la quimisorción (donde la

union entre el metal y el biosorbente se produce por enlaces químicos

mediante intercambio de electrones)

La precipitación (se asocia a un mecanismo de defensa de algunos

microorganismos, los cuales pueden producir sustancias que precipitan los

elementos tóxicos acumulados en su interior o en el medio que los rodea).

2.4.3.1 Concepto de ácidos y bases fuertes y débiles

(Plaza Cazón, 2012) Para saber qué tipo de mecanismos interactúan

en la biosorción de metales es necesario conocer sobre la estructura física

y química de la pared celular de la biomasa.

La pared celular de los diferentes tipos de biosorbentes difiere

significativamente una de otras, en cuanto a los grupos funcionales que se

encuentran presentes, tipo y tamaño de poros, cadenas de polisacáridos,

etc.

Para describir que papel tienen los diferentes grupos funcionales en el

proceso de biosorción se emplea el concepto de ácido-base fuerte-débil y

los valores de pKa de los distintos grupos funcionales presentes en la

biomasa.

Los iones fuertes se caracterizan principalmente por uniones

electrostáticas, tienen un poder de polarización débil y retienen sus

electrones fuertemente.

Mientras que los iones débiles participan más en uniones covalentes,

donde la energía libre es mayormente entálpica.

Los iones fuertes, tales como Na+, Ca2+ y Mg2+ pueden formar uniones

estables con F- y con ligandos que contienen oxígeno como OH-, CO32-,

RCOO- y C=O.

Por el contrario, los iones débiles, por ejemplo metales tales como, Hg2+

y Pb2+ pueden formar uniones fuertes con grupos que contienen átomos de

nitrógeno y azufre como CN-, R-S-, -SH-, NH2.

La siguiente tabla muestra los tipos de ligandos que pueden

encontrarse en los sistemas biológicos y cuál es el metal por el que

muestran mayor afinidad de acuerdo a esta teoría. (Nieboer & Richardson,

1980) (Plaza Cazón, 2012)

La Clase de metal A prefiere establecer uniones con los ligando de tipo

I a través del átomo de Oxigeno.

La clase de metal B muestra una gran afinidad por los ligandos tipo III,

pero además establecen fuertes uniones con los ligandos tipo II.

Mientras que los iones metálicos intermedios podrían establecer

uniones con los tres tipos de ligandos con diferentes preferencias.

El símbolo R representa un radical alquilo (como CH2-, CH3CH2

-, etc.)

TABLA #5: AFINIDAD DE GRUPOS FUNCIONALES E IONES

METÁLICOS

Fuente: Ing. Josefina Plaza Cazón, Tesis Doctoral “Remoción de metales pesados empleando algas marinas, 2012

2.4.4 Factores que afectan la biosorción

Para que se logren eliminar sustancias mediante el proceso de

Biosorción es necesario conocer las condiciones óptimas para que se lleve

a cabo una máxima extracción por lo tanto se debe estudiar los factores

sobre los cuales se ve influenciado este fenómeno ya sea negativa o

positivamente.

En todos los casos, los procesos de sorción dependen de la naturaleza

de la sustancia a extraer (sorbato), de la estructura y características del

sólido sorbente y de las condiciones experimentales como el pH, la

concentración de metal, la competencia con otros iones y del tamaño de

partícula.

Los siguientes parámetros pueden aumentar o disminuir las captaciones de

iones metálicos en el proceso de Biosorción:

El proceso de adsorción se ve influenciado por diferentes factores como

el pH, la temperatura, la naturaleza del adsorbente, el tipo y concentración

de adsorbato, entre otros.

Efecto del pH

El pH de la solución acuosa es un parámetro muy importante que

controla los procesos de Biosorción de metales en diferentes biosorbentes,

por el motivo de que los iones hidrógeno se constituyen en un sorbato

fuertemente competitivo.

Los metales en disolución acuosa se encuentran en forma de diferentes

especies químicas en función del pH de la disolución, de aquí la fuerte

dependencia que existirá entre el pH de la disolución y la posibilidad de

extracción del metal, ya que según la especie química los mecanismos de

sorción varían. (Ordoñez Romero , 2015)

También hay que tomar en cuenta que valores bajos de pH la

concentración de protones es elevada pudiendo competir con los iones de

metal para unirse al material.

Por ejemplo la biosorción de cationes suele estar favorecida para

valores de pH superiores a 4,5 y la Biosorción de aniones prefiere un valor

bajo de pH, entre 1,5 y 4 donde la carga negativa de la pared favorece un

acercamiento aniónico con los iones del metal. (Tejada et.al, 2015)

Según (Mack, 2008) y varios investigadores clasifican a los iones

metálicos en tres clases:

Clase I: iones metálicos como (Al3+, Cu2+, Cr3+, Co2+, Fe3+, Ni2+, Pb2+ y

Zn2+) se unen fuertemente a pH a valores cercanos al neutro esto es

debido a las interacciones electrostáticas debido a la presencia de los

grupos funcionales como el carboxilato, pero no se vinculan o son

despojados fácilmente del biosorbente a pH < 2.

Clase II: iones metálicos como (PtCl4 2-, CrO4 2- y SeO42-) muestran

comportamientos opuestos a los metales de clase I ya que ellos se unen

firmemente a pH bajo y sólo muy débilmente a pH > 5.

Clase III: los metales de esta clase son los que se unen mayormente

que todos los metales de las otras clases ya que su unión es

independiente del pH (Ag+, Hg2+ y AuCl4-); La mayoría de los iones

metálicos presentes como aniones en solución caen en las clases II y

III.

Todos estos procesos se realizan a través de diferentes grupos

funcionales que se encuentran en la superficie del material, principalmente

grupos polares como ácidos carboxílicos, alcoholes, aldehídos, cetonas,

etc., según el tipo de material sorbente.

Por lo tanto, una variación de pH puede provocar modificaciones en

estos grupos y alterar su capacidad de interacción con las especies

metálicas. (Ordoñez Romero , 2015)

Efecto del medio iónico: (Ordoñez Romero , 2015)

El medio en que se encuentra la disolución metálica es un factor

importante que debe considerarse cuando se quiere eliminar metales de

los efluentes industriales, porque la presencia de otras especies orgánicas

e inorgánicas en la disolución puede interferir en la extracción del metal.

Las sales son residuos que suelen generarse habitualmente junto con

los metales, y una de las sales que se encuentra más comúnmente es el

NaCl; La presencia de sodio en la disolución de metal puede provocar

variaciones en el proceso de extracción.

Este efecto ha sido estudiado por diferentes autores, y en todos los

casos se ha observado que la presencia de Na+ en las disoluciones de

metal provoca una disminución de la extracción a causa de la competencia

del sodio y del metal por interaccionar con los sitios activos del material

sorbente.

Los iones cloruro afectan a los metales presentes en la disolución, ya

que muchos metales forman cloro complejos, especies neutras o con carga

con características físicas y químicas diferentes que hacen variar las

condiciones de disponibilidad del metal para ser sorbido por el material.

Influencia de otros metales en la disolución

La presencia en la solución de varios iones metálicos puede provocar

un efecto sobre la biosorción del metal debido a la competitividad que se

establece entre los iones por unirse a los sitios activos del material; puede

producirse una co-adsorcion simultanea disminuyendo el recubrimiento

superficial del ion en el material.

Actualmente no se conoce exactamente que metales tienen mayor

afinidad por el material que otros, Algunas propiedades químicas de los

iones, como el radio iónico, la carga eléctrica y potencial iónico, han sido

señaladas como factores que influyen en la selectividad del material por

unos u otros iones. (Ordoñez Romero , 2015)

Tamaño de partícula

El tamaño de partícula del biosorbente afecta tanto a la capacidad de

sorción como a la velocidad de la reacción.

La existencia de un mayor número de centros activos disponibles para

la reacción y la mayor facilidad con que el sorbato puede acceder a ellos,

con una menor limitación a la difusión en el interior de los poros, son las

causas del aumento de la capacidad de retención con la disminución del

tamaño de partícula. (Rios Elizalde, 2014)

La sorción tiene lugar fundamentalmente en el interior de las partículas,

sobre las paredes de los poros en puntos específicos.

La cantidad de adsorbato (soluto) que se puede adsorber es

directamente proporcional al volumen, y es bien conocido que este volumen

es directamente proporcional al área externa y también que una partícula

pequeña tiene mayor área superficial, o sea mayor área de la superficie

interna por su cantidad de poros por unidad de masa. (Tejada et.al, 2015)

Naturaleza del sorbato: (Morales Fonseca & Ruiz Tobar, 2008)

El sorbato es un factor influyente en el equilibrio de adsorción. Existe

una regla general para predecir el efecto de la polaridad del soluto sobre la

biosorción y consiste en que el soluto polar preferirá la fase que es más

polar.

En otras palabras, un soluto polar será fuertemente adsorbido por un

adsorbente polar, cuando esté en un disolvente no polar.

Es decir, en el caso de las sales de metal utilizadas en este estudio

presentan un carácter polar o alta solubilidad en el agua y la matriz de

Biosorción o sorbente también es polar, si estos dos fueran sumergidos en

una solución de alcohol, los metales serán fácilmente adsorbidos por la

matriz debido al carácter apolar del alcohol.

Otro factor referente a la naturaleza del sorbato en el caso de los

metales, se refiere al radio atómico del metal, pues se cree que a mayor

tamaño de este disminuye la afinidad por los ligandos de la pared.

Tiempo de equilibrio en la biosorción:

El tiempo de equilibrio es el instante a partir del cual se satura el

material sorbente y por más que se mantenga en contacto el metal, no

aumentará la cantidad de metal extraída. (Ordoñez Romero , 2015)

La biosorción ha sido evaluada mediante la utilización modelados de

isotermas que describen el equilibrio del proceso, la retención aumenta

inicialmente de una manera lineal con la concentración en el equilibrio.

Esta retención está limitada por el número de sitios activos y cuando

llega alcanzar un pico, que no es más que aquel tiempo a partir del cual el

adsorbente, por más que se mantenga en contacto con la solución, ya no

produce más biosorción. (Garcés Jaraba & Coavas Romero, 2012)

Algunas investigaciones han observado que los mecanismos que se

extrae el metal es un proceso que se desarrolla en cuatro pasos: (Ordoñez

Romero , 2015)

1 Migración de los iones de metal desde la solución a la superficie del

sorbente

2 Difusión a través la capa superficial de la biomasa

3 Fijación en el grupo activo

4 Difusión intra-partícula hacia el interior de la biomasa.

Por tanto, para cada sistema metal-sorbente se establecen unos

equilibrios específicos y el tiempo de sorción dependerá fundamentalmente

de la naturaleza de esta relación. Para altas concentraciones de metal la

difusión intra-partícula es el mecanismo predominante, en cambio para

bajas concentraciones el mecanismo principal de la sorción es fijación

superficial. (Horsfall & Abia, 2003)

Sitios de unión: (Areco, 2011)

De acuerdo a los estudios realizados existen ciertos grupos químicos

que contribuyen a la biosorción de iones en solución, los cuales incluyen

grupos hidroxilo, carboxilo, carbonilo, sulfuro, amino, amida, fosfonato,

fosfodiester, entre otros.

La importancia de cada uno de estos grupos en la Biosorción de los

distintos metales pesados depende no solo de la afinidad del metal con el

grupo sino también de factores como:

la cantidad de sitios de sorción en el material adsorbente

La accesibilidad a los mismos

La forma química en la que se presentan.

Un sitio puede ser ocupado por un ion metálico presente en la solución

cuando la fuerza de unión de ese metal es mayor que la del ion que está

previamente adsorbido.

El grado de ocupación de la superficie depende del número total de

sitios de la superficie, de la concentración del ión libre en solución, del pH

y de la temperatura.

La mayoría de los sitios de unión en biosorción tienen propiedades

Ácido base (hidroxilo, carboxilo, sulfuro, sulfonato, fosfonato), son neutros

cuando están protonados y tienen carga negativa cuando están

desprotonados.

Cuando el pH de la solución excede al pKa de los grupos hay una

mayor cantidad de sitios de unión desprotonados y bajo estas condiciones

la Biosorción de cationes se ve más favorecida.

Efecto de la temperatura:

La temperatura es una variable que puede afectar el proceso de

biosorción, Cuando las temperaturas son extremas puede causar un

cambio en la textura del biosorbente debido a que este puede deteriorarse

y puede desembocar en una pérdida de capacidad de sorción. (Tejada et.al,

2015)

El efecto de la temperatura en la biosorción depende de los cambios

en la entalpía, Las paredes celulares de los distintos tipos de biomasas

generalmente están formadas por distintos grupos químicos lo que hace

que el efecto de la temperatura en cada grupo contribuya a la Biosorción

global.

Según (Greene & Darnall, 1988) la relación de distribución (metal ligado

/ metal en solución) para biosorción de Cd, Zn, Pb, Ni y Cu con Spirulina

algas aumentó sólo un 20 % cuando la temperatura se aumentó de 4 °C a

55 °C.

En general, la energía para la biosorción de metales pesados y livianos

se encuentra en el siguiente rango 7-11 kJ.mol-1 y 2,1-6 kJ.mol-1

respectivamente, Estos rangos son tan estrechos que el efecto de la

temperatura es despreciable a los fines prácticos de aplicación de un

proceso de Biosorción. (Volesky et.al, 2010)

Aunque la mayoría de los procesos de biosorción son independiente de

la temperatura, (Moreira, 2007) indica que el rango de temperatura para la

Biosorción es relativamente estrecho normalmente situado entre 10 y 70 y

es función de biosorbente utilizado. (Moreira, 2007)

2.4.5 Cinética de biosorción

El estudio cinético permite determinar la velocidad de la sorción del

adsorbato por el biosorbente y debe proporcionar una idea sobre el

mecanismo de la Biosorción. (Rios Elizalde, 2014)

Esta cinética describe la velocidad de atrapamiento del adsorbato, lo

cual controla el tiempo de residencia de éste en la interfase sólido-

disolución, además, permite predecir la velocidad a la cual el contaminante

se remueve del efluente tratado, por tal razón se requiere el conocimiento

de las leyes de velocidad que describen el sistema de adsorción. (Tejada

et. al, 2012)

Es importante el estudio de la cinética de biosorción porque nos permite

establecer las condiciones óptimas de operación en el diseño de un sistema

adecuado de tratamiento del efluente.

En general, la remoción de iones metálicos de soluciones acuosas por

Biosorción depende de los mecanismos químicos que involucran las

interacciones de los iones metálicos con los grupos activos específicos

asociados con la pared celular del biosorbente.

Por lo tanto la cinética de la bioadsorción indica la evolución de cada

una de las etapas a través de las cuales ésta se lleva a cabo y cuál de ellas

es la que controla el proceso (reacción química, difusión y/o transferencia

de masa). (Pinzón Bedoya & Vera Villamizar, 2009)

2.4.5.1 Etapas cinéticas de la bioadsorción

Según (Valencia , 2007) Este fenómeno obedece a las leyes de

equilibrio entre la concentración en fase líquida y la concentración en fase

sólida sobre la superficie del material adsorbente.

La sorción de un soluto se efectúa según una sucesión de cuatro

etapas cinéticas:

1) Desplazamiento de los iones metálicos desde la solución hasta la capa

exterior alrededor de la partícula.

2) Difusión externa: Desplazamiento desde la capa exterior hasta la

superficie del Biosorbente.

3) Difusión intraparticular: Cuando el soluto se desplaza desde la

superficie externa hasta el sitio de adsorción al interior de la partícula.

Puede ser difusión Intraparticular de poro o difusión homogénea de

superficie.

4) Sorción sobre los sitios activos por acomplejamiento, interacción iónica

o precipitación. que corresponde al sistema de más baja energía y se

caracteriza por las interacciones soluto–sorbente, y por lo general se da

de dos tipos: fisisorción o quimisorción.

La etapa 1 solamente requiere la homogeneidad del medio mediante

agitación suficiente y la etapa 4 es de manera instantánea, así la Biosorción

es controlada por mecanismos de difusión a partir de una velocidad mínima

de agitación.

2.4.5.2 Modelos cinéticos

Para describir que es lo que sucede en el interior del material

biosorbente se describen modelos teóricos con sus respectivas ecuaciones

para detallar cuales son los mecanismos o etapas limitantes en el proceso

de biosorción

Los modelos cinéticos más utilizados en la literatura son:

Modelo pseudo-primer orden.- se basa en la suposición de que a

cada ión metálico se le asigna un sitio de sorción del material

biosorbente.

Modelo pseudo-segundo orden.- se basa en la suposición de que

el sorbato se adsorbe en dos sitios activos del biosorbente.

Difusión intraparticular.- este mecanismo se da en el interior de los

poros de la partícula de biosorbente está basada en el transporte de

soluto a través de la estructura interna de los poros de biosorbente

y la difusión propiamente dicha en el sólido, lo que conlleva a que el

biosorbente tenga una estructura porosa homogénea.

2.4.6 Biosorbentes

Los biosorbentes son materiales de origen natural disponibles en

grandes cantidades ya sea como productos residuales de procesos

industriales o agrícolas; que pueden utilizarse con el fin de capturar

contaminantes.

Modelos

cinéticos Ecuaciones Parámetros Gráfica

1er Orden

reversible

Ec #1:

𝑑𝑞𝑡

𝑑𝑡 = 𝑘1 ∗ (𝑞𝑒 − 𝑞𝑡)

Donde 𝑞𝑡 ( 𝑚𝑔

𝑔 ) es la

cantidad adsorbida en

un tiempo t,

𝑞𝑒 ( 𝑚𝑔

𝑔 ) es la cantidad

adsorbida en el

equilibrio y

𝑘1 ( 1

𝑚𝑖𝑛 ) es la constante

cinética de primer

orden.

log (𝑞𝑒 −

𝑞𝑡) vs t

Pseudo 2do

orden

Integrando Ec #1:

𝑞𝑡 = 𝑡

1

ℎ+

𝑡

𝑞𝑒

puede ser linealizada

Ec #2:

𝑡

𝑞𝑡=

1

𝑘2 ∗ 𝑞𝑒2

+1

𝑞𝑒𝑡

Donde 𝑘2 es la

constante cinética de

pseudo segundo orden

( 𝑔

𝑚𝑔 𝑥 𝑚𝑖𝑛 ) y ℎ = 𝑘2 ∗

𝑞𝑒2 siendo h (

𝑚𝑔

𝑔 𝑥 𝑚𝑖𝑛 ) la

velocidad de sorción

𝑡

𝑞𝑡 vs t

Difusión

Intraparticular

Ec #3:

𝑞𝑡 = 𝑘 ∗ √𝑡

Donde 𝑘 ( 𝑚𝑚𝑜𝑙

𝑔∗√𝑚𝑖𝑛 ) es la

constante de velocidad

de difusión

intraparticular

𝑡1/2 vs

𝑞𝑡


TABLA #6: DESCRIPCIÓN DE LOS MODELOS CINÉTICOS UTILIZADOS PARA AJUSTE DE LOS

DATOS EXPERIMENTALES

Estos materiales provienen de diferentes tipos de biomasa ya sea de la

flora microbiana, algas, plantas, biomasas residuales, productos

agroindustriales o algunos biopolímeros. (Tejada et.al, 2015)

Capaces de contar en su estructura con propiedades que permite

adsorber directamente especies iónicas de metales en soluciones acuosas,

esta propiedad es bien utilizada en la Biorremediación y recuperación de

efluentes industriales contaminados con metales pesados. (Muñoz Carpio,

2007)

Los biomateriales por lo general son sometidos a Pretratamientos

fisicoquímicos sencillos y de bajo costo; con el fin de mejorar su capacidad

de adsorción en los procesos de aplicación como remoción de metales

pesados o recuperación de especies metálicas en solución. (Tejada et.al,

2015)

2.4.6.1 Tipos de biosorbentes

La calidad del material usado como biosorbente de origen

microbiológico, vegetal o animal está ligado a la cantidad de sorbato que

pueda atraer y retener.

Por este motivo la búsqueda de nuevos materiales de bajo costo y con

gran potencial de sorción de iones metálicos presentes en aguas

residuales, se ha convertido en el objetivo principal de varias

investigaciones.

Las biomasas microbianas como (hongos, bacterias y algas) y los

residuos agroindustriales (cáscaras de coco, cáscaras de naranja,

cáscaras de yuca, cáscaras de manzana, cáscaras tamarindo entre otras),

actualmente representan las fuentes más estudiadas.

Tipo de biosorbente Biosorbente

Organismos vivos

Penicillium

Aspergillus Rizopus

Paecilomyces

Algas

Biomasas

Cáscara de tamarindo, Cáscara de

naranja, Cáscara y semilla de manzana,

Cebada (Hordecum vulgare), cascara de

arroz y Cascara de Banano

Biopolímeros Bentonita - Quitosano

Quitosano Epiclorhidrinatrifosfato

Carbón Activado

Carbón activado a partir de Escherichia

coli y carbón activado a partir de

Arthrobacter viscous, Carbón activado a

partir de cáscara de naranja, Carbón

activado a partir de cáscara de coco.

Otros Materiales Arena, Zeolita y Cenizas volantes de

carbón mineral

2.5 Limón (materia prima)

2.5.1 Generalidades

Limón sutil conocido con otros nombre tales como: lima acida, lima

gallega, limón ceutí, limón mexicano, limón peruano, limón criollo o limón

de pica pertenece a la clasificación de las limas aunque en países como

Perú y Ecuador se lo conoce solo como Limón de nombre científico (citrus

x aurantifolia swingle).

Se caracteriza por su fruto redondeado u oval de 2 a 5 cm de diámetro,

está compuesto de 3 partes:

El flavedo o exocarpio: El flavedo es una capa delgada que posee los

pigmentos que cambian de color durante la maduración de verde a

TABLA #7: ALGUNOS MATERIALES BIOSORBENTES USADOS PARA REMOVER

METALES PESADOS

Fuente: Articulo de revista TECNOLOGICAS Vol. 18, No. 34, pp. 109-123 ¨Adsorción de metales

pesados en aguas residuales usando materiales de origen biológico¨ 2012

amarillo; de gran aroma debido a los compuestos terpénicos que

poseen los aceites esenciales que allí se encuentran.

El albedo o mesocarpio: El albedo es la parte blanca que contiene

pectina que le da firmeza a la corteza; a medida que el fruto va

madurándose el albedo tiende a degradarse por acción enzimática;

debido a esto se cosechan los cítricos en su estado inmaduro (verde)

para obtener el mayor rendimiento y calidad de pectina.

Endocarpio: Está formado por la pulpa que contiene las vesículas con

el jugo; El endocarpio está divido por el septum formado por 10 – 14

gajos donde se encuentran las semillas ubicadas cerca del eje central.

2.5.2 Usos

Debido a su alto contenido en vitamina C, ácido cítrico, sustancias de

acción astringente, El limón es muy utilizado a nivel industrial y medicinal;

la corteza o flavedo es utilizado en aromaterapia y perfumería por el uso de

sus aceites esenciales.

Las pectinas se ubican en el albedo y se han venido utilizándose en la

industria alimenticia como gelificante para elaboración de mermeladas y en

la industria farmacéutica para dar consistencia a cremas y pomadas como

protectores de afecciones gastrointestinales por el poder que tiene a nivel

FIGURA #7: PARTES DEL LIMÓN

Fuente: Tesis de grado Cecilia Grunauer Espinoza; Guayaquil – Ecuador 2009

de la mucosa digestiva de retener agua y absorber toxinas. (Grunauer

Espinoza, 2009)

2.5.3 Producción

El cultivo de limón se desarrolla por lo general en climas tropicales y

subtropicales; su cosecha dura todo el año y su desempeño depende de la

temperatura y la humedad de la zona de producción.

Las condiciones climatológicas como las lluvias y sequias influyen en

la producción y tamaño del fruto; ya que en meses de lluvia desde

Diciembre hasta Abril (invierno en Ecuador) se obtienen limones de gran

tamaño cuyo diámetro alcanza los 5 cm y en meses posteriores disminuye

su tamaño por el decrecimiento de las lluvias. (Grunauer Espinoza, 2009)

En el país la mayor producción del cítrico se sitúa En el valle del río

Portoviejo, Manabí con una producción de 1 200 hectáreas, Cada árbol de

limón alcanza su madurez a los ocho años y puede rendir hasta 5 000

limones; según (Diario El Comercio, 2011) De los cuales el costo por saco

de limones fluctúa entre los 4 y 10 dólares.

2.6 Toronja (materia prima)

2.6.1 Generalidades

También llamado pomelo (Citrus × Paradisi); pertenece al género Citrus

de la familia de las Rutáceas, es un híbrido probablemente producido entre

la pampelmusa (Citrus Máxima) y la naranja (Citrus × sinensis). (Macías

Sornoza, 2014)

La toronja es uno de los cítricos más sensibles al frío; las flores no

resisten temperaturas inferiores a un grado bajo cero, por lo que su cultivo

se restringe a climas semi tropicales y también altitudes próximas al nivel

del mar. (Macías Sornoza, 2014)

Se caracteriza por su forma globular y de grandes dimensiones, puede

alcanzar un diámetro de 15 cm a 20 cm; Sus características morfológicas

son similares a los demás citrus:

Exocarpo: (flavedo; presenta vesículas que contienen aceites

esenciales)

Mesocarpio: (albedo; pomposo y de color blanco)

Endocarpio: (pulpa)

2.6.2 Variedades (Mora Toscano, 2015)

Variedad blanca o común: su pulpa es amarilla o ligeramente verde y

amargo (Duncan, Marsh Seedless)

Variedad pigmentada: su pulpa es rojiza, debido a la presencia del

pigmento licopeno, y con menor acidez (Pink Marsh o Thompson, Red

seedles, Burgundy, Star Ruby)

2.6.3 Usos

La industria aprovecha un 20% de su producción, principalmente para

la elaboración de zumos y pequeñas cantidades para mermeladas; rica en

vitamina C (40 mg/100 g) por eso su papel importante en la medicina.

De la cáscara se extrae aceite esencial utilizado en perfumería y la

pectina de la capa blanquecina que se encuentra debajo de la corteza y

FIGURA #8: TIPO DE TORONJA DE LA VARIEDAD (MARSH SEEDLESS)

UNA DE LAS TRES QUE SE COMERCIALIZA EN EL ECUADOR

Fuente: Articulo de la página de internet; Hurtado frutas y verduras - 2014

entre los gajos es importante por su aplicación en estudios contra células

cancerígenas. (Macías Sornoza, 2014)

2.6.4 Producción

En Ecuador se producen tres variedades de toronja: La que tiene pepa

(Ducan), la que no tiene pepa (Marsh Seedleff) y la que tiene la pulpa rojiza

(Red Blush); alcanzando su mayor madurez y producción entre los meses

de Agosto hasta noviembre. (Diario El Comercio, 2011)

Según (Costales Carrera, 2013) en el año 2011 la producción total fue 5127

toneladas; donde en la Costa tiene su mejor cosecha con 400 hectáreas

sembradas en medio de cultivos de cacao y café, según el Instituto

Nacional de Investigaciones Agropecuarias (Iniap).

2.7 La Pectina

Las sustancias pécticas o pectina son polímeros de un grupo extenso

de polisacáridos vegetales cuya estructura básica está integrada por

moléculas de ácido D-galacturónico.

Están unidas por enlaces glucosídicos formados principalmente por

600 a 1000 unidades (1,4) 𝛼-D-ácido galacturónico (forma oxidada de la D-

galactosa), (Grunauer Espinoza, 2009) en la cual algunos de los carboxilos

pueden estar esterificados con metilos o en forma de sal.

De acuerdo a la terminología se llama únicamente pectina a las

cadenas poligalacturónicas metiladas al 100% y ácidos pectínicos a los que

tuviesen una menor proporción de grupos metoxilos al 100%; el término

ácidos pécticos designan ácidos poligalacturónicos exentos de metoxilos

aunque en la práctica se emplea solo el término pectina (Villanueva Huerta

, 2006).

2.7.1 Estructura química

Conocer la estructura de la pectina es importante para determinar la

fuerza y flexibilidad en las paredes celulares de las plantas y algunos

vegetales.

Este polisacárido, contiene grupos carboxilo como parte de la

estructura del ácido galacturónico, pueden estar protonados (COOH) a pH

< 3; en forma ionizada (COOH)- a pH > 3, o esterificado como éster metílico

o metoxilado (COOCH3) (Grunauer Espinoza, 2009).

Se encuentran asociadas con otros hidratos de carbono,

principalmente con hemicelulosas, en las paredes celulares de los

vegetales y son responsables de la firmeza de algunos productos (Badui,

1990).

Fuente: Articulo de la revista sociedad química Perú 77 (3); pág. 177 - 2011

2.7.2 Procedencia de las pectinas

Las pectinas se localizan en la mayoría de los tejidos de plantas y en

frutos inmaduros la porción mayor de material péctico está presente en una

forma insoluble en agua comúnmente conocida como una Protopectina, la

que es abundante en los estratos celulares y paredes de células (Villanueva

Huerta , 2006).

FIGURA #9: ESTRUCTURA POLIMÉRICA CONFORMADA POR UNIDADES

DE ÁCIDO α–D–GALACTURÓNICO Y DERIVADOS METOXILADOS UNIDOS

ENTRE SÍ POR ENLACES α-1-4.

Las pectinas son las más abundantes e importantes, están en mayor

cantidad en los frutos inmaduros y especialmente en algunos tejidos suaves

como en el albedo de los cítricos, en las manzanas, las peras, etc.

Dentro del propio vegetal existe una distribución de las pectinas; las

más esterificadas están en la parte más interna y las menos esterificadas

en la periferia (Badui, 1990).

Las sustancias pécticas están presentes en los jugos de los frutos como

pectina soluble y como pectina insoluble en las partes verdes de las

plantas, en frutas y en las raíces; esta insolubilidad es aparentemente

debida a la presencia de la pectina como las sales de calcio y magnesio o

porque esta combinada con celulosa o algún otro polisacárido insoluble de

alto peso molecular (Villanueva Huerta , 2006).

El contenido de sustancias pécticas varia con la fuente, variedad, grado

de madurez, condiciones climáticas e incluso según las diferentes partes

de la misma planta.

Producto Contenido de

pectina

Limón 2.5 – 4.0

Naranja 3.5 – 5.5

Manzana 1.5 – 2.5

Toronja 3.9 – 6.0

Papaya 1.20

Grosellas 1.52

Alaricoque 0.99

Peras 0.60

Fresa 0.68

Cerezas 0.16

TABLA #8: CONTENIDO DE SUSTANCIAS

PÉCTICAS EN VEGETALES CONOCIDOS (G /100G

MATERIA FRESCA)

Fuente: Claudia Villanueva Huerta; Tesis de Grado

Lima – Perú, 2006

2.7.3 Clasificación

Protopectina:

Es una sustancia insoluble en el agua, se encuentra en la pared de

tejidos vegetales confiriendo rigidez al fruto durante la etapa de

maduración; posee 100% de metoxilacion o grado de esterificación (GE);

se tranforma en pectina soluble al perder los metoxilos. (Grunauer

Espinoza, 2009)

Ácidos Pécticos o ácidos galacturónicos:

Son cadenas formadas simplemente por la union de acidos

galacturónicos cuyos grupos carboxílicos no se encuentran esterificados ni

por el grupo metilo (COOCH3) , ni por bases debido a su grado de

esterificacion (GE) de 0%. (Grunauer Espinoza, 2009)

2.7.4 Grado de esterificacion (GE)

Lo que diferencia a las pectinas entre sí es su contenido en metoxilos

llamados esteres metilicos (COOCH3) que es definido como el número de

residuos de ácido D-galacturonico esterificado o metoxilado por el metanol

(CH3OH) sobre el total de ellos; expresados en tanto por ciento. (Grunauer

Espinoza, 2009)

La funcion principal del grupo metoxilo es la formacion del gel mediante su

interacción con los otros compnentes del medio donde se encuentre, si falta

este en el acido D-galacturónico dificilmente puede gelificar. (Grunauer

Espinoza, 2009)

Esto permite distinguir los grupos de pectinas: (Badui, 1990)

Las pectinas de alto metoxilo (HM): en un rango de pH que va desde

2.0 hasta 3.5 con sólidos solubles con más de un 55 a 80% de grupos

carboxilo esterificados con un radical metil.

Pectinas de bajo metoxilo (LM): que sólo presentan de 18 a 45% de

esterificación.

Las pectinas amídicas con bajo índice metoxilo, son aquellas que han

sido desmetoxiladas con amoníaco en lugar de usar ácidos. Cuando se

hace el proceso de desmetoxilación, una parte de los grupos éster se

remplaza por grupos amida, lo cual modifica las propiedades de

gelación de la pectina.

Cabe aclarar que si se tuviera una pectina con 100% de metoxilación,

sería más bien una protopectina; por lo contrario, sí la metoxilación es de 0

%. Sería un ácido péctico.

FIGURA #10: PECTINAS DE ALTO METOXILO

Fuente: phD Gloria Guerrero; tesis de Doctorado Pereira – Colombia, 2014

FIGURA #11: PECTINAS DE BAJO METOXILO


FIGURA #12: PECTINAS AMÍDICAS DE BAJO METOXILO


2.7.5 Aplicaciones (Villanueva Huerta , 2006)

La pectina tiene un gran número de aplicaciones entre las que

se hallan:

Se emplea la pectina de alto metoxilo en la industria alimentaría como

espesante de dulces, postres y helados; la pectina de bajo metoxilo

resulta ser la mejor en la preparación de alimentos dietéticos ya que no

requiere de azúcar o ácido.

Aplicaciones en medicina y farmacia, los pectatos de calcio y niquel

tienen acción bactericida.

Como agente emulsionante, las emulsiones que tiene pectina son finas

y viscosas, estabiliza a las emulsiones directas aceite / agua.

2.7.6 Biosorcion por Pectinas

Las cáscaras de cítricos por lo general son productos de desecho,

estos residuos sirven como valor agregado para tratamientos como agente

gelificante o para obtención de aromas o aceites esenciales.

Estas cáscaras son una buena fuente de pectina; las cortezas de limón,

toronja y naranja contienen de 25 a 40% de pectinas en base seca (Badui,

1990).

Las pectinas están conformadas por polisacáridos aniónicos

heterogéneos que se encuentran en la pared celular de vegetales; Estos

polisacáridos están conformados principalmente por unidades de ácido D–

galacturónico, mediante los cuales algunos de los grupos carboxilo se

encuentran metoxilados (García et. al, 2011).

El mecanismo de Biosorción de metales en pectinas provenientes de

cítricos está determinado principalmente por el número de grupos de ácidos

carboxílicos presentes, los cuales son mayores en pectina de bajo grado

de metoxilación y se encuentran en menor cantidad cuando tienen altos

grados de metoxilación (García et. al, 2011).

En cada caso las pectinas tienen diferente capacidad de interacción

con otros constituyentes, pero los carboxilos ionizados son mucho más

reactivos (Badui, 1990).

Desmetoxilación:

Es un proceso que se lo utiliza para disminuir la cantidad de metoxilos

presentes en las cascaras de cítricos y aumentar la cantidad de ácidos

carboxílicos; principalmente ocurre por la hidrólisis de los enlaces éster, sin

adicionar un ácido; solubilizando pectinas con alto contenido de metoxilos

(García et. al, 2011).

Este procedimiento se lo utiliza también para incrementar la rigidez de

la pared celular añadiéndose sales de calcio con lo cual se forman pectatos.

Los pectatos vuelven al tejido más resistente a los agentes físicos como

temperaturas y a los enzimáticos como (la poligalacturonasa natural) que

rompen la pectina de bajo grado de metilación aumentando la cantidad de

metoxilos (Badui, 1990).

El uso de pectinas como biosorbente natural ha sido estudiado en los

últimos años dando muy buenos resultado no solo su bajo costo para

eliminar contaminantes inorgánicos sino también por su grado de

solubilidad e hidratación que tiene para ser usada de manera directa

(García et. al, 2011).

CAPITULO 3

3. Desarrollo experimental

3.1 Metodología de la Investigación

3.1.1 Tipos de Enfoques Metodológicos

El presente trabajo desarrolló una metodología teórica y

experimental, con un enfoque cualitativo y cuantitativo con el objetivo de

recopilar información necesaria para la utilización de los desechos

(cáscaras de cítricos) como material biosorbente para remover metales

pesados.

Investigación teórica: Se recopiló información literaria relacionada con

esta investigación ya sea de libros, papers, páginas web y otros

documentos que sirvieron como guía.

Investigación aplicada: La información obtenida nos sirvió para

determinar las condiciones en las que se efectúa una buena Biosorción

de metales pesados utilizando las cáscaras de limón y toronja a nivel de

laboratorio.

3.2 Universo de trabajo

Las cáscaras de toronja y limón que se tomaron para elaboración del

biosorbente fueron recolectadas como material que se desecha luego de la

extracción del zumo de locales comerciales de ventas de jugos en la ciudad

de Guayaquil.

3.3 Tipo de Muestra

Se tomaron 5 kg de muestra de cáscaras frescas de toronja y de limón,

las cuales se trasladaron al laboratorio para el tratamiento de estos

materiales biosorbentes y establecer las condiciones de trabajo.

3.3 Materiales, Reactivos y Equipos

Muestra de Origen Biológico

Cáscara de toronja (Citrus x paradisi)

Cáscara de limón (Citrus x aurantifolia)

Reactivos

Agua desionizada

Ácido Clorhídrico

Hidróxido de Sodio

Solución Estándar de Plomo 1000 ppm

Solución Estándar de Mercurio 1000 ppm

Material de laboratorio

Equipo tamizador

Matraces aforados de 1000ml, 100ml y 50ml

Agitadores

Probeta de 100ml y 50ml

Pipetas

Papel filtro Whatman

Embudos de vidrio

Estufa de calentamiento

Balanza analítica

3.4 Procedimiento experimental

Para la utilización del material biosorbente se realizó un pretratamiento,

que consiste en retirar las impurezas u otros compuestos que pudieran

afectar el proceso de Biosorción; luego de estos se sometió a las cáscaras

a los siguientes tratamientos:

3.4.1 Preparación de las Cáscaras de cítricos

El proceso para preparar las cáscaras se inició con la recolección y la

selección de toronja y limón, tomándose en cuenta el mejor estado del

material biosorbente, que no tenga procesos de descomposición para evitar

la proliferación de hongos.

3.4.2 Limpieza

Para una correcta fase de experimentación se sometió a las cáscaras

a un lavado con abundante agua, para eliminar impurezas y compuestos

solubles como taninos, azucares reductoras y residuos de pulpa.

3.4.3 Troceado

Luego de la limpieza se cortó la biomasa en pequeños trozos de 0,5 a

1 cm2 de superficie con el fin de facilitar las posteriores etapas de secado

y reducción por tamaños.

3.4.4 Secado

La etapa de secado se lo realizó de manera natural a temperatura

ambiente aprovechando la energía térmica del sol y para evitar la

desnaturalización de los grupos funcionales presentes en las cáscaras.

3.4.5 Molienda

Una vez que las cáscaras estén secas se molieron con la finalidad de

pulverizar y reducir el volumen de las partículas de las muestras sólidas.

3.4.6 Tamizado

Una vez que obtenemos el material pulverizado se comenzó a clasificar

por tamaños mediante la utilización de un equipo de tamizado, que consta

de una serie de tamices, de las cuales solo vamos a tomar los siguientes

tamaños de partícula: 630 µm y 315 µm, correspondiendo a mallas # 30 y

50 respectivamente

3.4.7 Almacenamiento

El material granulado se guardó en envases de vidrio previamente

esterilizados y separados según su tamaño de partícula con el fin de evitar

que adquieran humedad o se contaminen para que estén en óptimo estado

hasta la prueba.

3.4.8 Tratamiento posterior del biosorbente

Desmetoxilación de las cascaras de cítricos

1era parte: Para este tratamiento; las cáscaras de cítricos deben estar

libre del aceite esencial, Las enzimas pectolíticas son inactivadas con un

tratamiento térmico de corta duración, que consiste en lavados continuos

de agua tibia a 60 ºC (aprox.) y agitación constante; luego de esto se lava

varias veces con agua desionizada y se seca en una estufa a temperatura

de 40 ºC.

2da parte: se toma 30g de biomasa seca previamente clasificadas por

tamaños y se coloca en 500 mL de una solución de NaOH 0,2M

(pH 10 - 11) a temperatura de 4°C, la cual se mantiene en agitación

constante por 2 horas; Luego de esto se filtra y se hace lavados sucesivos

con agua destilada para eliminar el exceso de NaOH, después se seca en

una estufa a una temperatura de 40 °C.

Reticulación de las cáscaras

En esta parte del tratamiento se toman 10 gramos de las cáscaras

desmetoxiladas previamente y se coloca en 500 mL de una solución de

CaCl2 0,2 M reguladas a pH 5 (HCL 0.1M); manteniendo en agitación

constante a 200 rpm durante 24 horas a temperatura ambiente.

Este proceso permite entrecruzar el polímero, permitiendo la formación

de mallas tridimensionales en la parte interna de la biomasa para así

aumentar la estabilidad mecánica del material como se muestra en la

Figura #13.

Luego de este tratamiento se deja reposar y se lava varias veces con

agua destilada para eliminar el exceso de CaCl2; Después se filtra y se seca

a una temperatura de 40 °C durante 6 horas.

3.5 Diseño Experimental

El diseño del experimento fue considerado parte fundamental del

proceso de Biosorción del plomo y mercurio en agua residual sintética,

FIGURA #13: RETICULACIÓN DE LA PECTINA

Fuente: Juan Carlos Muñoz; tesis de de grado, Lima – Perú, 2007

conociendo acerca de la funcionalidad del proceso mediante el análisis

estadístico de los datos obtenidos.

El diseño investigativo describe situaciones que se observan y define el

tratamiento que resulte estadísticamente significativo aplicado a la

retención de los metales pesados (plomo y mercurio) por parte de las

cáscaras de toronja y limón.

El diseño experimental consta de dos etapas:

1era Etapa:

Se realizaron experimentos para verificar la eficacia primaria de

remoción de metales Plomo y mercurio por parte de las cáscaras sin

tratamiento.

Se tomó en cuenta un diseño experimental que consta dos factores

(Cantidad de biosorbente utilizado y Tamaño de partícula)

Se trabajó a tres niveles para cantidad de biosorbente y dos niveles

para tamaño de partícula mezclándose luego con el agua sintética como se

detalla a continuación:

g de Cáscaras

tratadas

(Factor m)

Tamaño de partícula en micrómetros

(Factor B)

pH promedio

del medio

(Factor A) B1 = 630 μm B2 = 315 μm

TORONJA

m1 = 0.5 Trat 1 = B1 X m1 Trat 6 = B2 X m1

pH = 4.5





LIMÓN


pH = 4.5






TABLA #9: 1ERA ETAPA DE EXPERIMENTACIÓN; BIOSORCIÓN DE PLOMO UTILIZANDO

CASCARAS DE TORONJA Y LIMÓN SIN RETICULACIÓN

g de Cáscaras

tratadas

(Factor m)

Tamaño de partícula en micrómetros

(Factor B)

pH promedio

del medio

(Factor A) B1 = 630 μm B2 = 315 μm

TORONJA


pH = 4.5





LIMÓN


pH = 4.5






2da Etapa:

En esta etapa se evalúa la eficacia de remoción de Plomo y mercurio

utilizando biomasas reticuladas; conociendo los resultados de la 1era

Etapa, se realizaron experimentos para mejorar la eficacia de remoción

como se detalla a continuación:

pH promedio del

medio

(Factor A)

Tamaño de partícula

en micrómetros

(Factor B)

g de Biomasa

reticulada (Factor m) Biosorbente

PLOMO

pH = 4.5 630 μm 0.5 TORONJA

pH = 4.5 315 μm 0.5 LIMÓN

MERCURIO

pH = 4.5 630 μm 0.5 TORONJA

pH = 4.5 315 μm 0.5 LIMÓN


TABLA #10: 1ERA ETAPA DE EXPERIMENTACIÓN; BIOSORCIÓN DE MERCURIO UTILIZANDO

CASCARAS DE TORONJA Y LIMÓN SIN RETICULACIÓN

TABLA #11: 2DA ETAPA DE EXPERIMENTACIÓN; BIOSORCIÓN DE PLOMO Y MERCURIO

UTILIZANDO CASCARAS DE TORONJA Y LIMÓN RETICULADAS

3.6 Ingenieria del proceso

Preparación del biosorbente

Limpieza

Troceado

Secado

Molienda

Tamizado

Almacenamiento

0,5 a 1 cm2

Temp. Ambiente

630 µm y 315 µm


FIGURA #14: DIAGRAMA DE FLUJO DEL TRATAMIENTO DE LAS CÁSCARAS SIN

RETICULACIÓN

Preparación del biosorbente

Tratamiento térmico

Lavado

Secado

Lavado

Secado

Reticulación

Agua desionizada

Temp. 40 °C

Agua a 60 °C

Filtrado

Lavado NaOH 0,2M

Agua desionizada

Temp. 40 °C

Lavado

CaCl2 0,2M

Almacenamiento

Filtrado

Secado

Temp. 40 °C


FIGURA #15: DIAGRAMA DE FLUJO DEL TRATAMIENTO DE LAS CÁSCARAS CON

RETICULACIÓN

3.7 Preparación del agua sintética

Se prepararon 6 litros de agua sintética a una concentración de 20 ppm

de plomo y 6 litros de agua sintética a una concentración de 20 ppm de

mercurio, para lo cual se utilizó agua desionizada a la cual se le adicionó

un determinado volumen de solución standard de plomo y mercurio hasta

alcanzar los 20 ppm, luego de esto se midió el pH de la solución.

3.8 Ensayos de biosorción

En esta parte del trabajo se realizaron los siguientes pasos de acuerdo

al desarrollo experimental:

Se distribuyó en matraces de vidrio de 250 mL muestras de 100 mL de

la solución de trabajo.

Se pesa las masas de las cáscaras en la 1ra etapa de experimentación

que consistía en utilizar 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 y 3.0 g para ser introducidos

en los muestras de 100 mL de agua sintética.

La mezcla se homogenizo mediante agitación manual, durante 2 min

cada hora durante las 48 horas del proceso experimental.

Una vez realizados los primeros pasos se mide el pH de las muestras.

Para la solución de plomo se mantiene a un pH ácido entre 4 – 6 para

que efectué la mayor biosorción.

Para la solución de mercurio debido al su extrema acidez se ajusta con

una solución de NaOH 0.02 M a pH entre 4 - 6

Todas las muestras se mantienen a temperatura ambiente ya que este

factor influye poco o nada en el proceso de biosorción.

En la segunda etapa de experimentación con los resultados obtenidos

se utiliza la biomasa reticulada para aumentar la capacidad de

biosorción.

Una vez finalizado los ensayos, se determina la concentración de los

metales presentes en la fase líquida mediante la técnica instrumental de

absorción atómica, y través de un balance másico, se calculó las

concentraciones de Plomo y Mercurio retenidas por el material biosorbente;

utilizando la siguiente ecuación matemática:

Ec #4: 𝑞 [𝑚𝑔

𝑔] =

𝐶𝑜𝑉𝑜 − 𝐶𝑓𝑉𝑓

𝑚

Dónde:

𝐶𝑜 = ppm inicial de plomo y mercurio en la solución de trabajo.

𝐶𝑓= ppm finales de plomo y mercurio en la disolución

𝑉𝑜= volumen inicial de disolución (L)

𝑉𝑓= volumen final de disolución (L)

g = masa de biosorbente utilizado en los ensayos.

3.9 Estudio de la cinética del proceso de biosorción

Para determinar el tiempo óptimo de equilibrio, la velocidad en que se

remueven los metales pesados y la interpretación del fenómeno de

biosorción se realizaron los siguientes pasos:

Procedimiento:

Se pesó 5 g de cáscaras de toronja y 5 g de cáscaras de limón sin

reticulación con un tamaño de partícula de 630 μm y 315 μm

respectivamente.

Se le agregó las cascaras de toronja y limón por separados a un 1 L de

solución de 20 ppm de Plomo a un pH del medio entre 4-6 todo bajo

una agitación constante a temperatura ambiente.

Para el caso del mercurio se mantiene a un pH del medio entre 4-6

regulado con una solución de NAOH 0.02M todo bajo una agitación

constante a temperatura ambiente

Se tomaron 70 mL de muestra con una frecuencia periódica de tiempo

de tres horas partiendo de la concentración inicial desde el tiempo cero

hasta el tiempo de 24 horas.

Luego se cuantificó la concentración de plomo en función al tiempo.

La determinación de las concentraciones en el equilibrio se realizó con

la técnica de absorción atómica.

Modelos cinéticos de biosorción

Una vez obtenida la gráfica representativa de las cinéticas de

biosorción y con el fin de determinar el tiempo de contacto necesario para

alcanzar el equilibrio se ajusta los resultados experimentales obtenidos a

modelos cinéticos utilizados para verificar el mecanismo en que se

desarrolla el proceso de biosorción.

Los modelos cinéticos que vamos a utilizar para hacer el ajuste

matemático en la herramienta Microsoft Excel son: modelo de primer orden

reversible, pseudo segundo orden y difusión intraparticular.

3.10 Métodos de análisis para la determinación de metales

Técnica de absorción atómica

Este método de análisis instrumental, nos permite detectar y determinar

cuantitativamente la mayoría de los elementos comprendidos en el sistema

periódico; esta técnica consiste en la medición de las especies atómicas

por su absorción a una determinada longitud de onda. La especie atómica

se logra por atomización de la muestra que se encuentre en disolución.

Para el análisis concreto de cada uno de los contaminantes se emplean

diferentes técnicas analíticas:

Por llama: está basado en la atomización del analito y puede analizar

cualquier tipo de muestra en matriz líquida o totalmente diluida; utiliza el

nebulizador y quemador o llama para desolvatar y atomizar la muestra.

Pero la excitación de los átomos del analito se da por el uso como

fuentes de radiación; lámparas que brillan a través de la llama a diversas

longitudes de onda para cada tipo de analito.

Por horno de grafito: permite trabajar con volúmenes más reducidos

y con una mayor sensibilidad en orden de ppb.

Esta técnica se basa el fuerte calentamiento de una resistencia eléctrica

para atomizar por completo la alícuota de la muestra y permite analizar

muestras sólidas y semisólidas; por lo general se trabaja esta técnica con

metales pesados como Cd, Pb, Hg, As, Mn, Ni y Ag.

3.11 Procedimiento de análisis para la determinación de metales en

el espectrofotómetro de absorción atómica.

Digestión acida

Se condiciona el equipo que efectúa la digestión por microondas y así

poder eliminar compuestos orgánicos

Se toman 40 mL de las muestras en probetas de 50 ml y se le agrega 5

mL de ácido nítrico concentrado y se lleva a volumen con agua

desionizada hasta llegar a los 50 mL

Las muestras son colocadas en los tubos de digestión del microondas

de los cuales se agrega también un blanco de agua para que trabaje en

las mismas condiciones que las muestras

El equipo eleva la temperatura progresivamente hasta alcanzar los 200

ºC por 25 min y posteriormente se mantiene la digestión por 20 minutos

y se espera los 10 minutos posteriores para el enfriamiento en el interior

del microondas

Se saca las muestras y se lleva a un matraz aforado de 50 mL donde

se lleva a nivel con agua desionizada.

Lectura en el equipo (Horno de Grafito)

Se adapta el equipo para trabajar con la técnica de horno de grafito ya

que nos proporciona una lectura con mayor sensibilidad.

Debido a la alta concentración de las muestras se hace una dilución

1:1000 que consiste en tomar 10 μL de la muestra y llevarla a volumen

de 10 mL con agua desionizada

Se colocan las muestras para analizar en viales de 1 mL

Se prepara el blanco que obtuvimos anteriormente y una curva de

calibración que tiene 5, 10, 20 40, 50 ppb a partir de un standard de 5

ppm de los cuales se toma 50, 100, 200, 400, y 500 μL respectivamente

con una pipeta automática.

Se procede a las lecturas de las muestras.

CAPITULO 4

4. Análisis de resultados

4.1 Evaluación de la capacidad de biosorción

Los resultados de la lectura del espectrofotómetro de absorción

atómica de la primera fase experimental; biosorción de plomo utilizando las

cascaras de toronja y limón fueron los siguientes:

Para determinar el valor de cf, se multiplica el valor de la lectura en ppb

por la dilución que es 1000 para el plomo y 100 para el mercurio, por el

volumen de muestra 50 mL, dividido para el volumen inicial que es de 40

mL y luego se lleva dicho valor a ppm entre 1000.


TRAT. B

( μm )

m

( g )

Co

( ppm )

vo

( mL )

vf

( mL )

Lectura del

equipo

( ppb )

Cf

( ppm )

TORONJA

1 630 0.5025 20 0.10 0.099 1.057 1.321

2 630 1.0025 20 0.10 0.099 1.154 1.442

3 630 1.5062 20 0.10 0.099 1.185 1.481

4 630 2.0045 20 0.10 0.099 1.172 1.465

5 630 3.004 20 0.10 0.099 1.034 1.292

6 315 0.5026 20 0.10 0.099 2.74 3.425

7 315 1.0071 20 0.10 0.099 2.35 2.937

8 315 1.5053 20 0.10 0.099 2.202 2.752

9 315 2.0052 20 0.10 0.099 1.923 2.404

10 315 3.0043 20 0.10 0.099 1.756 2.195

LIMÓN

11 630 0.5045 20 0.10 0.099 2.225 2.781

12 630 1.008 20 0.10 0.099 1.298 1.623

13 630 1.5026 20 0.10 0.099 0.627 0.783

14 630 2.0039 20 0.10 0.099 1.092 1.365

15 630 3.008 20 0.10 0.099 1.473 1.841

16 315 0.5025 20 0.10 0.099 1.262 1.577

17 315 1.0046 20 0.10 0.099 0.982 1.228

18 315 1.5034 20 0.10 0.099 0.706 0.882

19 315 2.0037 20 0.10 0.099 1.279 1.599

20 315 3.0045 20 0.10 0.099 1.414 1.767

TABLA #12: RESULTADOS DE LA 1ERA ETAPA DE EXPERIMENTACIÓN; BIOSORCIÓN DE

PLOMO UTILIZANDO CÁSCARAS DE TORONJA Y LIMÓN


TRAT.

Reticulación

B

( μm )

m

( g )

Co

( ppm )

vo

( L )

vf

( L )

Lectura

del

equipo

( ppb )

Cf

( ppm )

PLOMO

TORONJA 630 0.5026 20 0.10 0.099 0.477 0.596

LIMÓN 315 0.5034 20 0.10 0.099 0.897 0.871

MERCURIO

TORONJA 630 0.5067 20 0.10 0.099 0.352 0.440

LIMÓN 315 0.5019 20 0.10 0.099 0.293 0.366


TRAT. B

( μm )

m

( g )

Co

( ppm )

vo

( L )

vf

( L )

Lectura del

equipo

( ppb )

Cf

( ppm )

TORONJA

21 630 0.5018 20 0.10 0.099 3.667 0.459

22 630 1.0023 20 0.10 0.099 3.858 0.482

23 630 1.5069 20 0.10 0.099 3.11 0.388

24 630 2.0078 20 0.10 0.099 2.963 0.370

25 630 3.051 20 0.10 0.099 2.717 0.339

26 315 0.5057 20 0.10 0.099 3.934 0.491

27 315 1.101 20 0.10 0.099 3.421 0.428

28 315 1.5011 20 0.10 0.099 3.375 0.421

29 315 2.0044 20 0.10 0.099 2.542 0.318

30 315 3.0811 20 0.10 0.099 1.912 0.239

LIMON

31 630 0.5007 20 0.10 0.099 52.4 6.55

32 630 1.0006 20 0.10 0.099 10.278 1.285

33 630 1.5074 20 0.10 0.099 9.398 1.174

34 630 2.0062 20 0.10 0.099 5.231 0.654

35 630 3.0134 20 0.10 0.099 3.253 0.406

36 315 0.5014 20 0.10 0.099 15.63 1.953

37 315 1.0025 20 0.10 0.099 9.98 1.248

38 315 1.5026 20 0.10 0.099 4.262 0.532

39 315 2.0057 20 0.10 0.099 4.002 0.500

40 315 3.0417 20 0.10 0.099 2.271 0.283

TABLA #13: RESULTADOS DE LA 1ERA ETAPA DE EXPERIMENTACIÓN; BIOSORCIÓN DE

MERCURIO UTILIZANDO CÁSCARAS DE TORONJA Y LIMÓN

TABLA #14: RESULTADOS DE LA 2DA ETAPA DE EXPERIMENTACIÓN; BIOSORCIÓN DE

PLOMO Y MERCURIO UTILIZANDO CÁSCARAS DE TORONJA Y LIMÓN RETICULADAS

Aplicando la ecuación #4 𝑞 [𝑚𝑔

𝑔] =

𝐶𝑜𝑉𝑜 − 𝐶𝑓𝑉𝑓

𝑚 se calcula la Capacidad de

biosorción; que establece una relación entre la cantidad de metal removida

por gramo de biosorbente dando como resultado lo siguiente:

Tratamiento

Porcentaje

de

Biosorción

%

Pb

𝒒 [𝑚𝑔

𝑔]

Tratamiento

Porcentaje

de

Biosorción

%

Hg

𝒒 [𝑚𝑔

𝑔]

TORONJA

1 93.39 3.720 21 97.70 0.389

2 92.79 1.852 22 97,59 1.947

3 92.59 1.230 23 98,06 1.302

4 92.68 0.925 24 98,15 0.978

5 93.54 0.624 25 98,30 0.654

6 82.88 3.305 26 97,54 3.859

7 85.31 1.697 27 97,86 1.938

8 86.24 1.147 28 97,89 1.304

9 87.98 0.879 29 98,41 0.982

10 89.03 0.593 30 98,81 0.641

LIMÓN

11 86.09 3.418 31 67,25 2.699

12 91.89 1.825 32 93,58 1.872

13 96.08 1.279 33 94,13 1.250

14 93.18 0.931 34 96,73 0.965

15 90.79 0.604 35 97,97 0.650

16 92.11 3.669 36 90,23 3.603

17 93.86 1.870 37 93,76 1.872

18 95.59 1.272 38 97,34 1.296

19 92.01 0.919 39 97,50 0.972

20 91.16 0.607 40 98,58 0.648


Reticulación

de

Cáscaras

Porcentaje

de

Biosorción

%

Pb

𝒒 [𝑚𝑔

𝑔]

Reticulación

de

Cáscaras

Porcentaje

de

Biosorción

%

Hg

𝒒 [𝑚𝑔

𝑔]

TORONJA 97.02 3.862 TORONJA 97.80 3.861

LIMON 95.64 3.802 LIMON 98.17 3.913


TABLA #15: RESULTADOS DE LA 1RA ETAPA DE EXPERIMENTACIÓN; PORCENTAJE DE

BIOSORCIÓN Y CAPACIDAD DE BIOSORCIÓN

TABLA #16: RESULTADOS DE LA 2DA ETAPA DE EXPERIMENTACIÓN

CÁSCARAS RETICULADAS; PORCENTAJE DE BIOSORCIÓN Y CAPACIDAD

DE BIOSORCIÓN

4.2 Gráficos representativos de los resultados

Para una correcta interpretación de los resultados se utilizan los gráficos

para demostrar visualmente la relación matemática que hemos obtenido en

los análisis anteriores:

4.2.1 Porcentajes de biosorción

En las figuras 16 hasta la 23 se presentan todos los resultados

obtenidos en el análisis de la relación entre cantidad de biosorbente

utilizado y el porcentaje de remoción de metales pesados con respecto a

la matriz utilizada ya sea cascara de toronja o limón.

Se observó que la cantidad de cáscaras de toronja y limón que se

utilizan es un factor muy importante y limitante del proceso; ya que se puede

deducir en general que a una mayor cantidad de biosorbente existe un

mayor porcentaje de Biosorción.

Cáscaras de Toronja

FIGURA #16: PORCENTAJE DE

BIOSORCIÓN DE PLOMO EN CÁSCARAS DE TORONJA UTILIZANDO UN TAMAÑO DE

PARTÍCULA DE 0.63 mm

92,00

92,20

92,40

92,60

92,80

93,00

93,20

93,40

93,60 93,39

92,7992,59

92,68

93,54

Po

rce

nta

jes

de B

ioso

rcio

n

g de Biosorbente


78

80

82

84

86

88

90

82.87

85.3186.24

87.9889.02

Po

rce

nta

jes

de

Bio

so

rcio

n

g de Biosorbente

FIGURA #17: PORCENTAJE DE

BIOSORCIÓN DE PLOMO EN CÁSCARAS DE TORONJA UTILIZANDO UN TAMAÑO DE

PARTÍCULA DE 0.315 mm


Análisis:

Para las cáscaras de toronja en las figuras 16 y 17 se obtiene un mayor

porcentaje de remoción de plomo utilizando un tamaño de partícula de 630

μm, teniendo el porcentaje más alto de remoción cuando se utiliza 3.0 g de

biosorbente.

En cambio en las figuras 18 y 19 para la eliminación del mercurio

utilizando un tamaño de partículas de 315 μm, se obtiene un mayor

porcentaje de remoción utilizando 3.0 g.

Cáscaras de Limón


FIGURA #18: PORCENTAJE DE BIOSORCIÓN DE MERCURIO EN

CÁSCARAS DE TORONJA UTILIZANDO UN TAMAÑO DE PARTÍCULA DE 0.63 mm

97,2

97,4

97,6

97,8

98

98,2

98,4

97.7097.59

98.0698.15

98.30P

orc

en

taje

s d

e

Bio

so

rcio

n

g de Biosorbente


CÁSCARAS DE TORONJA UTILIZANDO UN TAMAÑO DE PARTÍCULA DE 0.315 mm

96,5

97

97,5

98

98,5

99

97.5497.8697.89

98.41

98.80

Po

rce

nta

jes

de

B

ios

orc

ion

g de Biosorbente



80

85

90

95

100

86.09

91.89

96.0893.17

90.79

Po

rce

nta

jes

de

Bio

so

rcio

n

g de Biosorbente

FIGURA #20: PORCENTAJE DE BIOSORCIÓN DE PLOMO EN CÁSCARAS DE LIMÓN

UTILIZANDO UN TAMAÑO DE PARTÍCULA DE 0.63 mm

888990919293949596

92.11

93.86

95.59

92.0191.16

Po

rce

nta

jes

de

B

ios

orc

ion

g de Biosorbente

FIGURA #21: PORCENTAJE DE BIOSORCIÓN DE PLOMO EN CÁSCARAS DE LIMÓN

UTILIZANDO UN TAMAÑO DE PARTÍCULA DE 0.315 mm


Análisis:

Para las cáscaras de limón; en las figuras 20 y 21 se obtiene un mayor

porcentaje de remoción de plomo utilizando un tamaño de partícula de 315

μm, teniendo el porcentaje más alto de remoción cuando se utiliza 1.5 g de

biosorbente.

En cambio en las figuras 22 y 23 para la eliminación del mercurio; en

promedio se obtiene un mayor porcentaje de remoción utilizando un tamaño

de partículas de 315 μm y el porcentaje más alto lo obtenemos utilizando

3.0 g.


CÁSCARAS DE LIMÓN UTILIZANDO UN TAMAÑO DE PARTÍCULA DE 0.63 mm

0

20

40

60

80

100

67.25

93.5894.1396.7397.97

Po

rce

nta

jes

de

Bio

so

rcio

n

g de Biosorbente


CÁSCARAS DE LIMÓN UTILIZANDO UN TAMAÑO DE PARTÍCULA DE 0.315 mm

86,0088,0090,0092,0094,0096,0098,00

100,00

90,23

93,76

97,3497,5098,58

Po

rce

nta

jes

de

B

ios

orc

ion

g de Biosorbente

Fuente: Richard Marshall – Joao Espinoza Fuente: Richard Marshall – Joao Espinoza

4.2.2 Eficiencia del proceso de biosorción

Para determinar la mejor eficiencia del proceso de biosorción hay que

determinar y hacer una relacion entre la capacidad de Biosorcion que

poseen las cascaras para eliminar plomo y mercurio y la cantidad de

biomasa que se utiliza; ya que la mejor eficiencia se da cuando se utilizan

menos recursos para lograr un mismo objetivo.

FIGURA #24: EFICIENCIA DE BIOSORCIÓN DE PLOMO EN CÁSCARAS DE TORONJA VS

LA CANTIDAD DE BIOSORBENTE UTILIZADO

0,00

2,00

4,00

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5


Eficiencia de Biosorción de Plomo a 0,630 μm


g de biosorbente

q ( m

g/g )


FIGURA #25: EFICIENCIA DE BIOSORCIÓN DE MERCURIO EN CÁSCARAS DE TORONJA VS LA CANTIDAD DE BIOSORBENTE UTILIZADO

0,00

2,00

4,00

6,00

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5


Eficiencia de Biosorción de Mercurio a 0,630 μm


g de biosorbente

q ( m

g/g )


Análisis:

En las figuras 24 y 25 para las cáscaras de toronja; se observa que

existe una mayor remoción utilizando un tamaño de partícula de 630 μm,

mientras que en las figuras 26 y 27 para las cáscaras de limón; hay mayor

remoción utilizando el menor tamaño de partícula 315 μm como habíamos

expresado en los análisis anteriores.

En las gráficas se puede observar que aunque el porcentaje de

remoción aumente al aumentar la cantidad de biosorbente, la mayor

FIGURA #26: EFICIENCIA DE BIOSORCIÓN DE PLOMO EN CÁSCARAS DE TORONJA VS LA CANTIDAD DE BIOSORBENTE UTILIZADO

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

Cáscaras de Limón



g de biosorbente

q ( m

g/g )


FIGURA #27: EFICIENCIA DE BIOSORCIÓN DE MERCURIO EN CÁSCARAS DE LIMÓN VS LA

CANTIDAD DE BIOSORBENTE UTILIZADO

0,00

2,00

4,00

6,00

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

Cáscaras de Limón



g de biosorbente

q ( m

g/g )


eficiencia del proceso de biosorción se da utilizando la menor cantidad de

biosorbente 0,5 g.

4.2.3 Estudio de la cinética de biosorción

Para darle una mejor explicación al fenómeno de biosorción y las

etapas que ocurren dentro del proceso es necesario la representación

gráfica mediante los modelos cinéticos.

Al obtener los resultados experimentales se procedió realizar la gráfica

de la cinética la cual describe la velocidad de sorción del sorbato en el

biosorbente y determina el tiempo en que se alcanza el equilibrio.

Los métodos de ajuste matemáticos utilizados fueron realizados en la

herramienta Microsoft Excel esto es para determinar qué modelo describe

mejor el proceso de biosorción que se efectuó.

Trat. Lectura del

equipo

Cf

( ppm )

Porcentaje

de

Biosorción

%

Tiempo

( min )

𝒒𝒕

[𝑚𝑔

𝑔]

0 - 20 0 0 0

1 16.16 2.02 89.90 180 3.60

2 12.44 1.56 92.23 360 3.69

3 7.754 0.97 95.15 540 3.81

4 8.411 1.05 94.74 720 3.79

5 8.632 1.08 94.61 900 3.78

6 7.991 1.00 95.01 1080 3.80

7 6.044 0.76 96.22 1260 3.85

8 7.395 0.92 95.38 1440 3.82


TABLA #17: RESULTADOS DEL ESTUDIO DE LA CINÉTICA DE BIOSORCIÓN

DE PLOMO UTILIZANDO CÁSCARAS DE TORONJA SIN RETICULACIÓN A UN

TAMAÑO DE PARTÍCULA DE 0,63 mm

Trat. Lectura del

equipo

Cf

( ppm )

Porcentaje

de

Biosorción

%

Tiempo

( min )

𝒒𝒕

[𝑚𝑔

𝑔]

0 - 20 0 0 0

1 17.31 2.16 89.18 180 3.57

2 17.78 2.22 88.89 360 3.56

3 17.35 2.17 89.16 540 3.57

4 20.68 2.59 87.08 720 3.48

5 16.06 2.01 89.96 900 3.60

6 15.35 1.92 90.41 1080 3.62

7 18.79 2.35 88.26 1260 3.53

8 12.80 1.60 92.00 1440 3.68


Trat. Lectura del

equipo

Cf

( ppm )

Porcentaje

de

Biosorción

%

Tiempo

( min )

𝒒𝒕

[𝑚𝑔

𝑔]

0 - 20 0 0 0

1 7.347 0.92 95.41 180 3.82

2 5.534 0.69 96.54 360 3.96

3 5.863 0.73 96.34 540 3.85

4 6.071 0.76 96.21 720 3.85

5 2.356 0.29 98.53 900 3.94

6 6.506 0.81 95.93 1080 3.84

7 6.473 0.81 95.95 1260 3.84

8 5.521 0.69 96.55 1440 3.86



DE PLOMO UTILIZANDO CÁSCARAS DE LIMÓN SIN RETICULACIÓN A UN



DE MERCURIO UTILIZANDO CÁSCARAS DE TORONJA SIN RETICULACIÓN A

UN TAMAÑO DE PARTÍCULA DE 0,63 mm

Trat. Lectura del

equipo

Cf

( ppm )

Porcentaje

de

Biosorción

%

Tiempo

( min )

𝒒𝒕

[𝑚𝑔

𝑔]

0 - 20 0 0 0

1 26.02 3.25 83.74 180 3.35

2 22.49 2.81 85.94 360 3.44

3 19.08 2.39 88.08 540 3.52

4 18.42 2.30 88.49 720 3.54

5 16.61 2.08 89.62 900 3.58

6 15.81 1.98 90.12 1080 3.60

7 14.43 1.80 90.98 1260 3.64

8 13.27 1.66 91.71 1440 3.67


Aplicación del modelo matemático pseudo segundo orden

De todos los modelos postulados, los datos obtenidos de nuestra fase

experimental se ajustaron mejor al modelo matemático de pseudo segundo

orden mediante el uso de los coeficientes de correlación superiores a los

otros modelos descritos en la teoría.

Se realizó el ajuste al modelo cinético de pseudo segundo orden donde

según la revisión bibliográfica, establece que el ion metálico puede ser

adsorbido por dos sitios activos del material biosorbente; A continuación se

presentan los modelos cinéticos para el plomo y el mercurio utilizando las

cascaras de toronja y limón:


DE MERCURIO UTILIZANDO CÁSCARAS DE LIMÓN SIN RETICULACIÓN A UN


Cinética de plomo utilizando cáscaras de toronja

Tomando los valores de la tabla #17 se linealiza la curva mediante la

expresión 𝑡

𝑞𝑡 vs t obteniéndose los siguientes gráficos:

Una vez elaborada la recta se obtienen los valores de qe y k2 igualando

la ecuación de la recta con la ecuación #2 𝑡

𝑞𝑡=

1

𝑘2∗𝑞𝑒2 +

1

𝑞𝑒𝑡 dando los

siguientes resultados:

𝑞𝑒 = 3.8610 ( 𝑚𝑔

𝑔 ) 𝑘2 = 0.01872 (

𝑔

𝑚𝑔 𝑥 𝑚𝑖𝑛 )

ℎ = 𝑘2 ∗ 𝑞𝑒2 ℎ = 0.279 (

𝑚𝑔

𝑔 𝑥 𝑚𝑖𝑛 )

Análisis de la figura #28: se observa que el proceso de biosorción de

plomo utilizando cáscaras de toronja se ajusta al modelo cinético de pseudo

segundo orden al tener un coeficiente de correlación (R2 de 0.999); teniendo

una capacidad de biosorción de 3.8610 ( 𝑚𝑔/𝑔) donde se comienza a

mantener el equilibrio a partir de los 540 min, tiempo en el cual no se

incrementa la remoción significativamente; contando con una velocidad de

biosorción de 0.279 ( 𝑚𝑔/𝑔 𝑥 𝑚𝑖𝑛).


0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0 500 1000 1500 2000

qt

(m

g /

g )

t ( min )

Cinetica de Biosorción en Cáscaras de Toronja

y = 0,259x + 3,5382R² = 0,9999

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

0 500 1000 1500 2000

t/q

t (

min

.g /

mg

)

t ( min )

Modelo cinético de Pseudo segundo orden

cáscaras de toronja

FIGURA #28: GRÁFICO REPRESENTATIVO DE LA CINÉTICA DE BIOSORCIÓN DE PLOMO

UTILIZANDO CÁSCARAS DE TORONJA Y SU AJUSTE AL MODELO CINÉTICO DE PSEUDO

SEGUNDO ORDEN


Cinética de plomo utilizando cáscaras de limón


expresión 𝑡

𝑞𝑡 vs t; obteniéndose los siguientes gráficos:



𝑞𝑡=

1

𝑘2∗𝑞𝑒2 +

1



𝑞𝑒 = 3.644 ( 𝑚𝑔

𝑔 ) 𝑘2 = 0.0211 (

𝑔


ℎ = 𝑘2 ∗ 𝑞𝑒2 ℎ = 0.280 (

𝑚𝑔



plomo utilizando cáscaras de limón se ajusta al modelo cinético de pseudo

segundo orden al tener un coeficiente de correlación (R2 de 0.9985);

teniendo una capacidad de biosorción de 3.644 ( 𝑚𝑔/𝑔) donde se

comienza a establecer el equilibrio a los 1260 min tiempo en el cual no se

incrementa la remoción significativamente; contando con una velocidad de

biosorción de 0.279 ( 𝑚𝑔/𝑔 𝑥 𝑚𝑖𝑛).


0

1

2

3

4

5

0 500 1000 1500 2000

qt

(m

g /

g )

t ( min )

Cinetica de Biosorción de Plomo en Cáscaras de

Limón

y = 0,2744x + 3,5681

R² = 0,99850,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

0 500 1000 1500 2000

t/q

t (

min

.g /

mg

)

t ( min )


para el Plomo utilizando cáscaras de limón

FIGURA #29: GRÁFICO REPRESENTATIVO DE LA CINÉTICA DE BIOSORCIÓN DE PLOMO

UTILIZANDO CÁSCARAS DE LIMÓN Y SU AJUSTE AL MODELO CINÉTICO DE PSEUDO

SEGUNDO ORDEN


Cinética de mercurio utilizando cáscaras de toronja


expresión 𝑡




𝑞𝑡=

1

𝑘2∗𝑞𝑒2 +

1



𝑞𝑒 = 3.8565 ( 𝑚𝑔

𝑔 ) 𝑘2 = 0.3398 (

𝑔


ℎ = 𝑘2 ∗ 𝑞𝑒2 ℎ = 5.0537 (

𝑚𝑔






comienza a establecer el equilibrio desde los 180 min tiempo en el cual no

se incrementa la remoción significativamente; contando con una velocidad

de biosorción de 5. 0537 ( 𝑚𝑔/𝑔 𝑥 𝑚𝑖𝑛).

0

1

2

3

4

5

0 500 1000 1500 2000

qt

(m

g /

g )

t ( min )

Cinetica de Biosorción de Mercurio en Cáscaras de

Toronja

y = 0,2593x - 0,1979R² = 0,99970,00

200,00

400,00

0 500 1000 1500 2000

t/q

t (

min

.g /

mg

)

t ( min )


para el Mercurio utilizando cáscaras de

toronja

FIGURA #30: GRÁFICO REPRESENTATIVO DE LA CINÉTICA DE BIOSORCIÓN DE

MERCURIO UTILIZANDO CÁSCARAS DE TORONJA Y SU AJUSTE AL MODELO CINÉTICO DE

PSEUDO SEGUNDO ORDEN


Cinética de mercurio utilizando cáscaras de limón


expresión 𝑡




𝑞𝑡=

1

𝑘2∗𝑞𝑒2 +

1



𝑞𝑒 = 3.7188 ( 𝑚𝑔

𝑔 ) 𝑘2 = 0.009317 (

𝑔


ℎ = 𝑘2 ∗ 𝑞𝑒2 ℎ = 0.1288 (

𝑚𝑔






comienza a establecer el equilibrio después de las 24 horas tiempo en el

cual no se incrementa la remoción significativamente; contando con una

velocidad de biosorción de 0.1288 ( 𝑚𝑔/𝑔 𝑥 𝑚𝑖𝑛).

FIGURA #31: GRÁFICO REPRESENTATIVO DE LA CINÉTICA DE BIOSORCIÓN DE MERCURIO

UTILIZANDO CÁSCARAS DE LIMÓN Y SU AJUSTE AL MODELO CINÉTICO DE PSEUDO

SEGUNDO ORDEN

0

1

2

3

4

0 500 1000 1500 2000

qt

(m

g /

g )

t ( min )

Cinetica de Biosorción de Mercurio en Cáscaras de

Limón

y = 0,2689x + 7,7609R² = 0,9998

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

0 1000 2000

t/q

t (

min

.g /

mg

)

t ( min )


para el Mercurio utilizando cáscaras de

limón


4.2.4 Comparación de resultados

El proceso de biosorción se ve afectado por el pH; por lo que el trabajo

de investigación se realizó a un pH promedio de entre 4-6 donde según

la bibliografía estudiada se efectúa una mayor remoción comprándolo

con pH alcalinos y muy ácidos.

Las cáscaras de toronja presentan una mayor capacidad de biosorción

y velocidad de biosorción en comparación con las cáscaras de limón.

Se verificó que a una mayor cantidad de material biosorbente existe una

mayor biosorción debido al aumento de los sitios activos presentes en

las cáscaras; aunque en términos de eficiencia se logra una buena

remoción utilizando la menor cantidad de biosorbente (0.5 g).

Por motivos de estudio se realizó una 2da fase experimental (reticulación

de cáscaras) con el objetivo de elevar los porcentajes de biosorción;

aunque los resultados son elevados el incremento resulto poco eficiente

por el alto porcentaje inicial obtenido en la 1era fase experimental.

Las cinéticas de biosorción se ajustaron mejor al modelo de pseudo

segundo orden debido los coeficientes de correlación cercanos a 1, por

lo cual se comprobó; que el proceso de biosorción está controlado por

una reacción química; lo que nos indica que la biosorción de los iones

metálicos se lleva a cabo mediante rápidos procesos químicos sobre los

sitios activos.

CONCLUSIONES

A partir de los resultados obtenidos en la presente investigación, podemos

llegar a las siguientes conclusiones:

Se comprobó que las cascaras de cítricos (limón y toronja) poseen un

gran potencial parar remover metales tóxicos como plomo y mercurio;

debido al alto contenido de sustancias pécticas: Limón (2.5 – 4.0) y

Toronja (3.9 – 6.0) g de pectina / 100 g de material.

Para las cáscaras de toronja, el mejor porcentaje de biosorción de

plomo fue de 93.54% utilizando 3.0 g de biosorbente con un tamaño de

partícula de 630 μm y el de mercurio fue de 98.80% utilizando 3.0 g con

315 μm de tamaño de partícula.

Para las cáscaras de limón, el mejor porcentaje de biosorción de plomo

fue de 96.08% utilizando 1.5 g de biosorbente con un tamaño de

partícula de 630 μm y el de mercurio fue de 98.58% utilizando 3.0 g con

315 μm de tamaño de partícula.

Como material biosorbente; las cáscaras de toronja presentan una

mayor capacidad de biosorción de plomo siendo esta de 3.861 mg/g en

comparación con las cáscaras de limón 3.644 mg/g y también presentan

una mayor capacidad de biosorción de mercurio de 3.856 mg/g en

comparación con que las cascaras de limón que tienen 3.718 mg/g.

Los tiempos en que se alcanza la máxima biosorción y el equilibrio son

mucho más rápidos utilizando cáscaras de toronja donde a partir de las

9 horas se efectúa el equilibrio para el plomo y a partir de las 3 primeras

horas para el mercurio en cambio utilizando cáscaras de limón el

equilibrio se alcanza a las 21 horas para el plomo y 24 horas para el

mercurio.

RECOMENDACIONES

Para el desarrollo de un buen análisis experimental se recomienda el

uso de las buenas prácticas de laboratorio; tener cuidado con las

soluciones patrones de metales pesados ya que son sustancias muy

toxicas y pueden afectar la salud.

Se recomienda no utilizar instrumentos metálicos, debido a que pueden

influenciar las lecturas de los metales pesados en el espectrofotómetro.

Para evitar la desnaturalización de los grupos funcionales presentes en

las cáscaras de cítricos se aconseja realizar un secado solar.

Se sugiere buscar otras fuentes biológicas que permitan la remoción de

metales pesados (plomo y mercurio).

Se podría trabajar con otros iones metálicos con el objetivo de verificar

la selectividad de las cáscaras de cítricos en el proceso de biosorción.

Trabajar la fase experimental con concentraciones mucho más

elevadas para verificar los tiempos de saturación y tiempo de vida útil.

Realizar un estudio de factibilidad en aguas residuales industriales

utilizando este tipo de material biosorbente para poder aplicar esta

tecnología a macro escala.

Estudiar una alternativa viable para darle una disposición final a las

cáscaras de cítricos contaminadas con metales pesados.

BIBLIOGRAFIA

Ahalya, N., Ramachandra, T., & Kanamadi, R. (2003). Biosorption of

Heavy Metals. Research Journal of Chemistry and Environment vol

7 No. 4, 71-79.

Albert, L. (1985). Contaminantes Ambientales y Criterios de

Evaluación. En L. Albert, Toxicología Ambiental (págs. 101-120).

México.

Alcívar Tenorio, M., & Mosquera Armijo, J. (2011). Concentración De

Metales Pesados (Cr Total, Pb, Cd) En Agua Superficial Y

Sedimentos En El Estero Salado (Guayaquil). Guayaquil - Ecuador:

Tesis de Grado.

Areco, M. d. (2011). Métodos alternativos para el tratamiento de la

contaminación ambiental por metales pesados. Buenos Aires -

Argentina: Tesis Doctoral.

Avellaneda Yajahuanca, R., Peñataro Yori, P., & Martín Brañas, M.

(2011). Cuidado y gestión sostenible de las fuentes tradicionales de

Agua en comunidades rurales Amazónicas. El Agua es Vida, (págs.

1-46). Iquitos - Perú.

Badui Dergal, S. (1990). Química de los Alimentos. México D.F:

Alhambra Mexicana.

Banguera, F. R. (2013). Cuantificación de Cadmio, Plomo y Níquel

en agua superficial, sedimento y organismo (Mytella Guyanensis) en

los puentes Portete y 5 De Junio del Estero Salado (Guayaquil).

Guayaquil - Ecuador: Tesis de Grado.

Camarillo Blas, R. (2005). Separación selectiva de metales pesados

en efluentes industriales mediante tecnología PSU. Ciudad Real -

España: Tesis Doctoral Universidad Castilla - La Mancha.

Cardona Gutiérrez, A., Cabañas Vargas, D., & Zepeda Pedreguera,

A. (2013). Evaluación del poder biosorbente de cáscara de naranja

para la eliminación de metales pesados, Pb (II) y Zn (II). Revista

Académica de la FI-UADY, 17-1, 1-9.

Castro, D. B. (2015). Uso De La Cáscara De Banano (Musa

Paradisiaca) Maduro Deshidratada (Seca) Como Proceso De

Bioadsorción Para La Retención De Metales Pesados, Plomo y

Cromo En Aguas Contaminadas. Guayaquil - Ecuador: Tesis de

Grado.

Círculo de Innovación en Tecnologías Medioambientales y Energía

(CITME). (s.f.). Tratamientos avanzados de aguas residuales.

Madrid - España: Universidad de Alcalá.

Costales Carrera, S. (2013). Proyecto de factibilidad para la

exportación de jugo de toronja a Suecia vía marítima. Quito -

Ecuador: Tesis de Grado.

Diario El Comercio. (3 de Septiembre de 2011). 3 variedades de

toronja con pepas y sin ellas se cultivan en la Costa. pág. Sección

Negocios.

Diario El Comercio. (19 de Febrero de 2011). Cuatro variedades de

limón están de cosecha. pág. Sección Negocios.

Doadrio Villarejo, A. (2004). Ecotoxicología y Acción Toxicológica

Del Mercurio. Académico de Número de la Real Academia Nacional

de Farmacia, 933 - 959.

Durán Lascano, J. (2008). Diagnóstico de la contaminación por

mercurio en aguas y sedimentos de ríos que reciben efluentes de la

minería de oro en los sectores de Nambija, Ponce Enríquez y

Portovelo. Sangolquí - Ecuador: Tesis de Grado ESPE.

El Universo. (10 de Febrero de 2013). Ecuador en la lista roja de

países emisores de mercurio. Un tóxico que no cesa, pág. Sección

Medio Ambiente.

Gaona Martínez, X. (2004). El mercurio como contaminantes global:

Desarrollo de metodologías para su determinación en suelos

contaminados y estrategias para la reducción de su liberación al

medio ambiente. Barcelona - España: Tesis Doctoral.

Garcés Jaraba, L., & Coavas Romero, S. (2012). Evaluación de la

capacidad de adsorción en la cáscara de naranja (Citrus Sinensis)

modificada con quitosano para la remoción de Cr (VI) en aguas

residuales. Cartagena de Indias - Colombia: Tesis de Grado -

Universidad de Cartagena.

García Villegas, V., Yipmantin Ojeda, A., Gúzman Lezama, E.,

Pumachagua Huertas, R., & Maldonado, H. (2011). Estudio de la

cinética de Biosorción de iones plomo en pectina reticulada

proveniente de cáscaras de cítricos. Revista Sociedad QuÍmica Perú

77 (3), 173 - 181.

Greene, B., & Darnall, D. (1988). Temperature dependence of metal

ion sorption by Spirulina. Biorecovery 1, 27 - 41.

Grunauer Espinoza, C. (2009). Influencia del secado sobre la

captación de agua de Pectina extraída a partir del Citrus x

Aurantifolia Swingle. Guayaquil - Ecuador: Tesis de Grado Escuela

Superior Politécnica del Litoral.

Horsfall, J., & Abia, A. (2003). Sorption of cadmium (II) and zinc (II)

ions from aqueous solutions by cassava waste biomass (Manihot

sculenta Cranz). Water Research. Vol. 37, 4913 - 4923.

Izquierdo Sanchis, M. (2010). Eliminación Del Metales Pesados En

Aguas Mediante Bioadsorción. Evaluación De Materiales y

Modelación Del Proceso. Valencia - España: Tesis Doctoral

Universidad de Valencia.

Jaramillo Jumbo, M., & Flores Campoverde, E. (2012). Fito

remediación mediante el uso de dos especies vegetales Lemma

minor (Lenteja de agua) y Eichornia crassipes (Jacinto de Agua) en

aguas residuales producto de la actividad minera. Cuenca - Ecuador:

Tesis de Grado Universidad Politécnica Salesiana.

Kuffó García, A. (2013). Niveles De Cadmio, Cromo, Plomo, y Su

Bioacumulación Por Mytella Strigata Delimitando La Zona Urbano-

Marginal En El Estero Salado De Guayaquil. Guayaquil - Ecuador:

Tesis de Maestría.

Macías Sornoza, W. (2014). Proceso de obtención de extracto a

partir de la semilla de la Toronja (Citrus Paradis), y su aplicación en

desinfección de vegetales o frutas y superficies planas. Guayaquil -

Ecuador: Tesis de Grado Escuela Superior Politécnica del Litoral.

Macías Troncoso, M., & Jara Nivelo, V. (2011). Proyecto de

viabilidad técnica y ambiental de la gestión del reciclaje y la

disposición final de las baterías de plomo-ácido de 12 voltios en

Guayaquil. Guayaquil - Ecuador: Tésis de Grado.

Mack, C.-L. (2008). Biosorption of precious metals from synthetic and

refinery wastewaters by immobilized Saccharomyces Cerevisiae.

Research project.

Manahan, S. E. (2007). Introducción a la Ingenieria Ambiental.

México D.F: Reverte.

Mercury Hg Watch. (19 de Enero de 2013). Obtenido de

http://www.mercurywatch.org/

Mora Toscano, J. (2015). Evaluación del proceso de elaboración de

una bebida de extracto de Zanahoria combinando con distintas

concentraciones de extracto de (Citrus Sinensis) Naranja, Toronja y

Mandarina como potenciadores de sabor y antioxidantes. Quevedo

- Ecuador: Tesis de Grado Universidad Técnica Estatal de Quevedo.

Morales Fonseca, D., & Ruiz Tobar, K. (2008). Determinación de la

capacidad de remoción de Cadmio, Plomo y Níquel por hongos de

la podredumbre blanca inmovilizados. Bogotá - Colombia: Tesis de

Grado.

Moreira, A. (2007). Biossorção utilizando Alga Marinha (Sargassum

sp.). Tesis Doctorado Universidade Federal do Rio Grande do Norte,

28 - 36.

Muñoz Carpio, J. C. (2007). Biosorción de plomo (II) por cáscara de

naranja “citrus sinensis” pretratada. Lima - Perú: Tesis de Grado

Universidad Nacional Mayor de San Marcos.

Naja, G., Murphy, V., & Volesky, B. (2010). Biosorption, Metals.

Wiley Encyclopedia of Industrial Biotechnology.

Nieboer, E., & Richardson, D. (1980). The replacement of the

nondescript term heavy metals' by a biologically and chemically

significant classification of metal ions. Environmental Pollution

(Series B) 1, 3-26.

Ordoñez Romero, A. (2015). Bioadsorción De Pb y Cr Mediante La

Utilización De Cáscara De Naranja (Citrus Sinensis) Molida. Machala

- Ecuador: Tesis de Grado.

Organización Internacional del Trabajo (OIT). (1998). Metales:

Propiedades Químicas y toxicidad. En V. Autores, Enciclopedia de

Salud y Seguridad en el trabajo (págs. 2595-2609). Ginebra:

Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales Subdirección General de

Publicaciones.

Pinzón Bedoya, M., & Vera Villamizar, L. (2009). Modelamiento

cinético de bioadsorción Cr (III) usando cáscara de naranja. Dyna

vol. 76, núm. 160 Universidad Nacional de Colombia, 95 - 106.

Plaza Cazón, J. (2012). Remoción de metales pesados empleando

algas marinas. Tesis Doctoral Universidad Central de la Plata.

Ramalho, R. S. (1983). Tratamientos de aguas residuales. Quebec -

Canadá: Reverté S.A.

Ríos Elizalde, P. (2014). Cinética de Biosorción de Arsénico

utilizando cáscara de banano maduro en polvo. Machala - Ecuador:

Tesis de Grado Universidad Técnica de Machala.

Romero, A. O. (2014). Bioadsorción De Pb y Cr Mediante La

Utilización De Cáscara De Naranja (Citrus Sinensis) Molida. Machala

- Ecuador: Tesis de grado.

Ruíz Chiriguaya, N. M., & Del Pezo Quijije, S. A. (2015). Evaluación

De La Contaminación, Físico – Química Y Microbiológica De Las

Aguas del Estero Salado, Ciudadela Universitaria de La Ciudad De

Guayaquil. Guayaquil - Ecuador: Tesis.

Santos Bonilla, K. (2010). Biosorción de metales pesados empleado

lodos activados. Lima - Perú: Tesis de Grado para Maestría en

ciencias con mención en tratamientos de aguas y reúso de

desechos.

Sarmiento Viteri, D. (2013). Evaluación de la contaminación por

metales pesados en muestras de musgo recolectadas durante el

período febrero – marzo 2011 en la Estación Antártica Ecuatoriana

Pedro Vicente Maldonado. Quito - Ecuador.

Sarria, V. M., Parra, S., & Rincó, Á. G. (2005). Nuevos sistemas

electroquímicos y fotoquímicos para tratamientos de aguas

residuales y bebidas. Revista Colombiana de Química volumen 34

No. 2, 161 - 173.

Tejada Tovar, C., Villabona Ortiz, Á., & Ruiz Rangel, V. (2012).

Biomasa residual para remoción de mercurio y cadmio: una revisión.

Ingenium 6 (14), 11 - 21.

Tejada Tovar, C., Villabona Ortiz, Á., & Garcés Jaraba, L. (2015).

Adsorción de metales pesados en aguas residuales usando

materiales de origen biológico. Tecnológicas Vol 18, no 34, 109-123.

Ubillus Limo, J. (2003). Estudio sobre la presencia de plomo en el

Medio ambiente de Talara en el año 2003. Lima - Perú: Tesis de

Grado.

Valencia, T. (2007). Proceso de remoción de Arsénico (V) en

soluciones acuosas utilizando TiO2, como material sorbente. Morelia

- México.

Vílchez Vargas, R. (2005). Eliminación de metales pesados de

aguas subterráneas mediante sistemas de lecho sumergido: Estudio

microbiológico de las biopelículas. Granada - España: Tesis Doctoral

Universidad de Granada.

Villanueva Huerta, C. (2006). Biosorción de Cobre (II) por biomasa

pre-tratada de cáscara de Citrus Sinensis (naranja), Citrus Limonium

(limón) y Opuntia Ficus (palmeta de nopal). Lima - Perú: Tesis de

Grado.

Weinberg, J. (2010). Introducción a la contaminación por mercurio

para las ONG. Red Internacional de Eliminación de los

Contaminantes Orgánicos Persistentes (IPEN).

World Health Organization. (2006). Guías para la calidad del Agua

Potable. Geneva, Suiza.

World Health Organization. (2008). Mercurio: Evaluación de la

carga de morbilidad ambiental a nivel nacional y local. Ginebra -

Suiza: Serie Carga de Morbilidad Ambiental, N. º 16.

ANEXOS

ANEXO #1: SELECCIÓN DE LA MATERIA

PRIMA.

LABORATORIO DE BIOTECNOLOGIA,

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

Elaborado por: Richard Marshall - Joao Espinoza

ANEXO #2: CÁSCARAS DE TORONJA Y

LIMÓN LISTAS PARA EL PROCESO DE

SECADO.




ANEXO #3: PESADO DE LAS CÁSCARAS

SECAS ELIMINANDO UN 80% DE

HUMEDAD

LABORATORIO DE OP. UNITARIAS,



ANEXO #4: PROCESO DE MOLIENDA Y

CLASIFICACIÓN DE TAMAÑO;

LABORATORIO DE OP. UNITARIAS,



ANEXO #5: SEPARACIÓN Y PESADO POR

TAMAÑO DE PARTÍCULA;




ANEXO #6: PREPARACIÓN DE LAS

SOLUCIONES DE TRABAJO A PARTIR DE

LAS SOLUCIONES ESTÁNDAR




ANEXO #7: TRATAMIENTOS LISTOS PARA

EL PROCESO DE BIOSORCIÓN DE PLOMO

Y MERCURIO;




ANEXO #8: FILTRACIÓN DE LAS

SOLUCIONES DE TRABAJO DESPUÉS DE

LAS 48 HORAS DE BIOSORCIÓN




ANEXO #12: EQUIPO

ESPECTROFOTÓMETRO DE ABSORCIÓN

ATÓMICA

LABORATORIO DE ANALISIS QUÍMICO

INSPECTORATE DEL ECUADOR S.A.

ANEXO #11: MUESTRAS LISTAS PARA EL

ANÁLISIS (ESPECTROFOTOMETRÍA DE

ABSORCIÓN ATÓMICA);



ANEXO #9: TRATAMIENTO DE

RETICULACION DE LAS CÁSCARAS DE

CITRICOS




ANEXO #10: DETERMINACION DE LA

CINETICA DE BIOSRCION DE PLOMO Y

MERCURIO REGULADAS A PH ACIDO






ANEXO #13: RESULTADOS DE LA CINÉTICA DE BIOSORCION DE PLOMO PARA

LAS CASCARAS DE TORONJA - INSPECTORATE DEL ECUADOR

ANEXO #14: RESULTADOS DE LA CINÉTICA DE BIOSORCIÓN DE MERCURIO

PARA LAS CASCARAS DE TORONJA - INSPECTORATE DEL ECUADOR

ANEXO #15: RESULTADOS DE LA CINÉTICA DE BIOSORCIÓN DE PLOMO PARA

LAS CASCARAS DE LIMÓN - INSPECTORATE DEL ECUADOR

ANEXO #16: RESULTADOS DE LA CINÉTICA DE BIOSORCIÓN DE PLOMO PARA

LAS CASCARAS DE LIMÓN - INSPECTORATE DEL ECUADOR

ANEXO #16: RESULTADOS DE LA CINÉTICA DE BIOSORCIÓN DE MERCURIO

PARA LAS CASCARAS DE LIMÓN - INSPECTORATE DEL ECUADOR

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA...

Documents

Transcript of UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA...