TT-012 Final.pdf - PERUMIN - 31 Convención Minera

PERUMIN, 29 Convención Minera Arequipa, 14 - 18 de setiembre de 2009especie metálica, entre otros factores.Este trabajo trata sobre un estudio preliminar sobre la utilización de cáscara decoco verde (Cocos nucifera), un residuo industrial o desperdicio urbano de la orlamarítima común en países tropicales, como material biosorbente de metales pesados.La utilización de coco verde (Cocos nucifera), como material sorbente presenta ungran potencial porque presenta un elevado contenido de lignina, entre 35-45%, ycelulosa entre 23-43% (Carrijo et. al. 2002). La celulosa y la lignina son biopolímerosreconocidamente asociados a la remoción de metales pesados (Gaballah et al, 1994;Gaballah et al., 1997; Hunt, 1986).2. MATERIALES Y MÉTODOSLos experimentos fueron realizados a nivel laboratorio, la cáscara de coco verde,fue suministrada por el laboratorio de bioprocesos de EMBRAPA Agroindustria tropical(Fortaleza-Ceará). Para poder realizar el proceso de biosorción la cáscara de coco fueutilizada bajo la forma de polvo, esta pasó por las operaciones de cortado, molienda,clasificación, lavado y secado.Todos los experimentos fueron realizados con un tamaño de partícula entre 200ma 290m (salvo aquellos donde se evaluó la influencia de esta variable), las solucionesde Cr 3+ , Cr 6+ y Cd 2+ fueron preparadas con agua destilada y desionizada utilizandolos reactivos Cr(NO 3 ) 3 9H 2 O, CrO 3 , y CdSO 4 8/3 H 2 O para cada especie metálicarespectivamente, todos ellos proporcionados por la Merk.3. EXPERIMENTOS DE BIOSORCIÓNPara todos los experimentos de biosorción se utilizo 0.5 gramos de polvo decáscara de coco, con un tamaño de partícula entre 200m a 290m, que fue colocadoen matraces, a los que fueron adicionados 100 ml de las diferentes soluciones quecontenían las especies metálicas. Posteriormente, fueron agitadas en un shaker por untiempo de 2 horas, con una velocidad de 175 rpm y a una temperatura constante de27°C.La primera serie de experimentos de biosorción fue realizada con todas lasespecies metálicas (Cr 3+ , Cr 6+ y Cd 2+ ) con una concentración inicial de 20 mg/L, enesta primera serie de experimentos fue evaluada la influencia del pH inicial y sedeterminó el valor de pH óptimo para la biosorción de las diferentes especiesmetálicas. En una segunda serie de experimentos fue evaluada la influencia del

PERUMIN, 29 Convención Minera Arequipa, 14 - 18 de setiembre de 2009resultados indican que el rango ideal para la remoción de Cr 3+ , por biomasa decáscara de coco, está entre 6 a 9. Para el caso de Cd 2+ entre los valores de pH de 4 y5 tenemos una remoción de 80%, para el rango de pH de 6 a 9 la remoción alcanzavalores superiores a 95%, siendo observado después una disminución en valores depH superiores a 9, debido a que la especie predominante de cadmio es Cd(OH) 2,teniendo lugar la precipitación del mismo (Gaballah et. al., 1997).Para el Cr 6+ el mejor porcentaje de remoción fue observado en un valor de pH iguala 2, teniendo una remoción superior a 80%. En este valor de pH las especies-2 -2predominantes en la solución son: CrO 4 e Cr 2 O 7 (Gaballah et al., 1997).A partir delvalor de pH de 2.5 la remoción disminuye para valores de aproximadamente 68%. Losresultados obtenidos muestran claramente la importancia del pH en el proceso deremoción de metales. Su influencia en el proceso de biosorción de iones metálicos, seda por la competición entre los iones del metal y los iones H + , presentes en la solución,por los sitios activos en la superficie de la biomasa. La dependencia de la captura delos iones por la biomasa en función del pH puede justificarse por la asociación odisociación de algunos grupos funcionales presentes, como por ejemplo, los gruposcarboxilo.Es conocido que en bajos valores de pH la mayoría de estos grupos no seencuentran disociados, no pudiéndose unir a los iones de los metales presentes en lasolución, sin embrago pueden participar de reacciones de formación de complejos.Cuando el valor del pH aumenta, una mayor cantidad de grupos funcionales(carboxilo) se encuentra cargado negativamente y es capaz de atraer iones con cargapositiva (Chubar et al., 2004; Selatnia et al., 2004).4.2 EFECTO DEL TAMAÑO DE PARTÍCULAOtro parámetro estudiado fue el tamaño de partícula del polvo de cáscara de coco,es conocido que la capacidad de adsorción de diferentes materiales varia de acuerdocon el tamaño de partícula, consecuentemente, la superficie de contacto entre elsorbente y la fase líquida (solvente) también tiene un papel importante (Schneider et.al., 2001). Para la determinación de la influencia del tamaño de partícula en laeficiencia de remoción de los iones, fueron realizados experimentos en diferentesrangos de granulometría. Los tamaños de partícula variaron entre 0,297 a 0,044 mm.La concentración de biomasa utilizada fue de 5 g/L, siendo el pH ajustado a 7 paraCd 2+ y Cr 3+ y en 2 para Cr 6+ .Como puede ser observado en la tabla 1 se tiene una pequeña disminución en la

PERUMIN, 29 Convención Minera Arequipa, 14 - 18 de setiembre de 2009CqC 1 (2)q q bmaxmaxLa isoterma de Freundlich está basada en la sorción en superficies heterogéneas yes dada por la siguiente ecuación:q k C1nf (3)Donde: q - Cantidad de adsorbato (íon) retenido en el sólido (mg/g)C – Concentración en el equilibrio del adsorbato.k f y n - son constantes.Linealizando la ecuación 3, obtenemos1log q log kf logC(4)nLos datos obtenidos para cada especie metálica en función de su concentracióninicial son presentados en las figuras 3 y 4 donde son mostradas las linealizaciones delas isotermas de Langmuir y Freundlich, de acuerdo con las ecuaciones 2 y 4respectivamente. Las constantes de Langmuir y Freundlich obtenidas a partir de lasisotermas y los coeficientes de correlación son presentados en la tabla 2.1,81,5Cr (III) Cr (VI) Cd1,2Cf/q0,90,60,300 30 60 90 120 150CfFigura 3 – Linealización de las isotermas de Langmuir para Cr 3+ , Cr 6+ y Cd 2+ , a partir de laEcuación 2. Condiciones experimentales: Temperatura 27°C =175 rpm; C biomassa=5 g/L;PS=200-297m; Cr 3+ pH=7, Cr 6+ pH =2 y Cd 2+ pH=7.Tabla 2. Constantes de adsorción de Cr 3+ , Cr 6+ y Cd 2+ en el polvo de cáscara de cocoMetalLangmuirFreundlichq máx (mg/g) b R 2 K f n R 2295,81Cd 2+Cr 6+ 20,55Cr 3+ 580,450,0190,0030,0910,9860,6790,9559,7802,0484,1821,7481,1131,5670,9620,9920,909

PERUMIN, 29 Convención Minera Arequipa, 14 - 18 de setiembre de 200932,52Log q1,510,5Cr (III)Cr (VI)Cd00 0,5 1 1,5 2 2,5 3Log CfFigura 4 – Linearización de las isotermas de Freundlich para Cr3+, Cr 6+ y Cd 2+, a partir dela Eq 4. Condiciones experimentales: Temperatura 27°C =175 rpm; Cbiomassa=5 g/L;PS=200-297m; Cr3+ pH=7, Cr 6+ pH =2 y Cd 2+ pH=7.Los valores presentados en la tabla 2 muestran que el modelo de Langmuir seajusta muy bien a los datos experimentales obtenidos para las especies de Cd 2+ yCr 6+ como puede ser visto por los valores de los coeficientes de correlación linear R 2 .Los valores de q max obtenidos por este modelo para estas especies metálicas reflejanla capacidad de carga de estos metales por la biomasa, mostrando especialmente unaelevada capacidad de carga para el cadmio, que presento un valor de 295 mg/g.Para el modelo de Freundlich, puede observarse un buen ajuste de datosexperimentales para todas las especies evaluadas, como muestran los valores de R 2 ,en particular para el Cr 3+ . Los valores elevados de las constantes k f y n (constantesde Freundlich) muestran una fácil adsorción de los metales en la cáscara de coco. Elvalor de n que es relacionado con la distribución de los iones unidos a los sitios activosen la biomasa, es representado por los valores 1,748 para o Cd 2+ ; 1,113 para o Cr 3+ e1,567 para o Cr 6+ , siendo así, valores mayores que la unidad indican que los iones delas especies presentes son favorablemente adsorbidos bajo las condicionesexperimentales testadas (Zouboulis, 2004).Los resultados experimentales presentados muestran que el modelo de Langmuires el que mejor se ajusta a los datos experimentales para Cd 2+ y para Cr 6+ , en cuantoque el modelo de Freundlich representa mejor la adsorción de Cr 3+ por la biomasa depolvo de cáscara de coco. Estos resultados pueden sugerir la ocurrencia de biosorciónen monocapas así como condiciones heterogéneas en la superficie, donde ambascondiciones pueden co-exisitir bajo las mismas condiciones experimentales testadas(Zouboulis et al., 2004; Ozdemir et al., 2004).

PERUMIN, 29 Convención Minera Arequipa, 14 - 18 de setiembre de 20095. CONCLUSIONESLos experimentos realizados muestran una elevada capacidad de remoción de Cr 3+(87%), Cr 6+ (82,%) y Cd 2+ (98,8) utilizando polvo de cáscara de coco. La importanciadel pH en la remoción de los metales pesados fue constatada, siendo observados lossiguientes valores óptimos de pH: Cr 3+ - pH 7; Cr 6+ - pH 2 y Cd 2+ - pH 7.Los datos experimentales obtenidos fueron sometidos a los modelos de adsorción deLangmuir y Freundlich, mostrando que las isotermas de adsorción obtenidas para losiones de Cr 6+ y Cd 2+ fueron satisfactorias para ambos modelos, mientras que para elcaso de Cr 3+ solamente fue satisfactorio el modelo de Freundlich para las condicionesexperimentales testadas. Estos resultados pueden sugerir la ocurrencia de biosorciónen monocapas así como condiciones heterogéneas en la superficie, donde ambascondiciones pueden co-existir bajo las mismas condiciones experimentales.Los resultados preliminares presentados en este trabajo muestran la posibilidad de lautilización del polvo de cáscara de coco como material biosorbente, siendo una buenaopción para el tratamiento de efluentes líquidos, ya que este es un residuo producidoen grandes cantidades en el Brasil, aproximadamente 400 mil toneladas por año, y serequiere el desarrollo de nuevas formas de aprovechamiento de este residuo.6. NOMENCLATURAC o: Concentración inicial de los iones: Velocidad de agitación.C biomassa: Concentración de biomasaPS: Tamaño de partículaq: Cantidad de adsorbato (íon) retenido en el sólido (mg/g)q max: Parámetro de Langmuir relativo a la capacidad de adsorción (mg/g).b: Constante de Langmuir relativa a la energía de adsorción (mg/l o mmol/l)C: concentración de equilibrio del adsorbato (mg/l).K f e n: Son constantes de Freundlich.8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICASAtkinson, B.W.;Bux, B. ; Kasan, H. C. (1998). Considerations for Application ofBiosorption Technology to Remediate Metal-contaminated Industrial Effluents. WaterSA, vol. 24, nº 2.Cañizares, V. R. O. (2000). Biosorción de metales pesados mediante el uso debiomasa microbiana. Revista Latinoamericana de microbiológia, v 42, p. 131-143.

PERUMIN, 29 Convención Minera Arequipa, 14 - 18 de setiembre de 2009Carrijo, O.A.; Liz, R.S. Makishima, N. (2002). Fibra da casca do coco verde comosubstrato agrícola, Hoticultura Brasileira, Brasilia, v 20, p 533-535.Chubar, N., Carvalho, J.R., Neiva, M.J. (2004). Cork biomass as biosorbent for Cu (II),Zn (II) and Ni (II). Colloids and Surfaces, v. 230, p. 57-65.Freundlich, H.; (1907). Ueber die Adsorption in Loesungen. Z.; phisik. Chem. v. 57, p.385-470.Gaballah, I.; Kilbertus, G. (1994). .Elimination of As, Hg and Zn from synthetic solutionsand industrial effluents using modified barks, In: Misra, M. (ed.), Separation process:Heavy metals, Ions and minerals, The minerals, Metals & Materials society.Gaballah, I.; Goy, D.; Allain, E.; Kilbertus, G.; Thauront, J. (1997). Recovery of copperthrough decontamination of synthetic solutions using modified barks, Metallurgicaland Materials Transactions B, v. 28B, p. 13-23.Gaballah, I.; Kilbertus, G. (1998). Recovery of heavy metal ions throughdecontamination of synthetic solutions and industrial effluents using modified barks,Journal of Geochemical Exploration, v 62, p 241-286.Gomes, L.M.B.(2000) Remoção do cádmio de soluções aquosas utilizando fibra decoco da baia visando o tratamento de efluentes, tesis de doctorado de la UFRJ.Hunt, S. (1986). Diversity of biopolymer structure and its potential for ion-bindingapplications, In: Immobilization of Ions by Bio-sorption, Ed. H. Eccles and S. Hunt,Ellis Horwood Limited publishers.Langmuir, I. (1918). The adsorption of gases on plane surfaces of glass, mica andplatinum. J. Am. Chem.. Soc.; v. 40, p. 1361-1403.Loukidou, M.X., Zouboulis, A.I., Karapantsios, T.D., Matis, K.A. (2004). Equilibrium andkinetic modeling of chromium (VI) biosorption by Aeromonas caviae, Colloids andSurfaces, v. 242, p. 93-104.Ozdemir, G., Ceyhan, N., Ozturk, T., Akirmak, F., Cosar, T. (2004). Biosorption ofchromium (VI), cadmium (II) and coper (II) by Pantoea sp. TEM18, ChemicalEngeneering Journal, v. 102, p. 249-253.Selatnia, A., Bakhti, M.Z., Kertous, L., Mansouri Y. Biosoprion of Cd +2 from aqueoussolution by a NaOh-treated bacterial dead Streptomyces Rimosus biomass.Hidrometallurgy, v. 75, p. 11-24, 2004.Veglio, F., Esposito, A., Reverberi, A.P. Standardization of heavy metal biosorptiontests: equilibrium and modeling study, Process Biochemistry, v. 38, p. 953-961,2003.Volesky, B. Biosorption of Heavy Metals, Volesky, B. (Ed.). CRC Press, Boca Raton,Florida, 396 pgs, 1990.Volesky, B. Sorption and Biosorption , BV-Sorbex, Inc., St.Lambert, Quebec, 2004.