Estudios de optimización de la capacidad de sorción de Cr(III) por cáscara de naranja en columna de lecho fijo. Desorción y recuperación del metal

FAILO PAULA; FRASCAROLI MARÍA INÉS; GULISANO MATÍAS; PERESUTTI NATALIA; ABATÁNGELO VIRGINIA; GARCÍA JOUSY; GONZÁLEZ JUAN CARLOS; SALA LUIS FEDERICO

Casilda-Santa Fe

Congreso; XIV Congreso XXXII Reunión Anual de la SOciedad de Biología de ROsario; 2012

ESTUDIOS DE OPTIMIZACIÓN DE LA CAPACIDAD DE SORCIÓN DE Cr(III) POR CÁSCARA DE NARANJA EN COLUMNA DE LECHO FIJO. DESORCIÓN Y RECUPERACIÓN DEL METAL Failo, Paula; Frascaroli, María Inés; Gulisano, Matías; Peressutti, Natalia ; Abatángelo, Virginia; García, Jousy; González, Juan Carlos; Sala, Luis Federico. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Área Química General. Rosario. Argentina. e‑mail: paulafailo@gmail.com El cromo es muy utilizado en la industria y la mayor demanda proviene de aquellas dedicadas a la producción de acero inoxidable y a la manufacturación del cuero, en las que se emplean mayormente sales de Cr(III). Los efluentes industriales contienen Cr(III) en exceso, por lo cual se deben desarrollar metodologías de remediación para eliminar el contaminante y evitar su incorporación al ambiente. Los niveles permisibles de Cr total en agua potable y en efluentes industriales según la Organización Mundial de la Salud son 0,05 y 0,25 mg/L, respectivamente. Se han desarrollado varios métodos fisicoquímicos para la eliminación de Cr(III) presente en efluentes, como intercambio iónico, adsorción sobre carbón activado, ósmosis inversa y filtración con membrana. Sin embargo, la mayoría de estas técnicas presentan importantes desventajas como la eliminación incompleta de metales, uso de equipos y reactivos costosos y la generación de residuos que posteriormente requieren una eliminación adecuada. La remediación por biosorción se basa en la eliminación, a partir de sus soluciones acuosas, de metales pesados por unión pasiva a la biomasa no viva. Es un proceso económico, no contaminante, de bajo impacto ambiental y puede emplearse en aguas contaminadas con metales pesados provenientes de la actividad industrial. Las biomasas de origen vegetal como la cáscara de naranja son abundantes en Argentina y de bajo costo. Estas biomasas interactúan efectivamente con metales pesados ya que  poseen la capacidad de secuestrar iones metálicos debido a la composición química rica en biopolímeros. En una primera etapa de trabajo, la cáscara de naranja se usó como biosorbente para la eliminación de Cr(III) en experimentos en reactores discontinuos. Las cáscaras se lavaron con agua destilada, se secaron durante 24 horas y luego se molieron y tamizaron en un rango de 10 ? 20 mm. En el presente trabajo, como primer objetivo se investigó la influencia de los diferentes parámetros experimentales (concentración inicial de Cr(III) del afluente, velocidad de flujo, densidad de empaque y profundidad del lecho de la columna) sobre el proceso de sorción de Cr(III) en columna, empleando cáscara de naranja como biosorbente. El segundo objetivo de este trabajo fue realizar ensayos de regeneración del biosorbente ?cargado? con Cr(III). Los resultados mostraron que la cáscara de naranja es un excelente material con una alta capacidad de retención de Cr(III). Los resultados espectroscópicos (XPS-Espectroscopia de fotoelectrones emitidos por rayos X- y RPE-Resonancia paramagnética Electrónica) demostraron que Cr(III) se encontraba unido al biomaterial, posiblemente a los grupos carboxilatos del polímero pectina presente en este tipo de biomateriales (10%). El aumento de la capacidad de retención de Cr(III) con el pH apoya la participación de grupos carboxílicos como los grupos químicos responsables de la retención. Para una dosis de 19,3 g/L de cáscara de naranja y un tiempo de equilibrio de 120 minutos, la capacidad máxima de sorción (qmax) fue de 39 mg de cromo por gramo de cáscara de naranja y se calculó a partir del modelo de Langmuir (figura 1), el cual fue el más adecuado para describir la isoterma de sorción. Una solución de Cr(III) (agua sintética como modelo de contaminación) a pH 3,5 se usó como afluente de columna con flujo continuo controlado con bomba peristáltica. Se tomaron alícuotas del eluido a diferentes tiempos y la concentración de Cr(III) se determinó por el método colorimétrico de la difenilcarbazida (540 nm). El perfil de ?concentración del efluente vs. tiempo? (curva de punto de quiebre) describe el comportamiento dinámico de la columna. El Cr(III) que ingresa a la columna es retenido por la cáscara de naranja generando agua libre del metal, una vez que la columna se satura, comienza a aparecer el metal en el efluente de la columna. Desde el inicio (t0) hasta el tiempo de quiebre o tb (tiempo de saturación) la columna funciona con un 95% de eficiencia respecto de su capacidad de retener el contaminante. Los resultados experimentales fueron analizados utilizando el modelo cinético desarrollado por Thomas. Este modelo supone que la dispersión radial y axial son despreciables y que el volumen muerto de la columna no varía. Una de las ventajas del modelo de Thomas es la determinación de la profundidad del lecho mínimo de la columna (Lmin). Este parámetro representa la altura mínima de relleno que hay que tener para obtener un tiempo de quiebre (tb) medible y por lo tanto un volumen de agua depurada importante. Para el segundo objetivo, la cáscara de naranja saturada con Cr(III) se eluyó con H2SO4 diluido y se recuperó el 100% del Cr(III) retenido en el biomaterial. Esto permite la regeneración de la cáscara de naranja como biosorbente para un nuevo ciclo y la obtención del Cr(III) eluido en un pequeño volumen. Se concluye que la cáscara de naranja es un eficaz y prometedor biosorbente para ser utilizado en columnas de lecho fijo para la eliminación de los iones Cr(III) en solución acuosa. La captación de Cr(III) a través de una columna de lecho fijo resultó ser dependiente de la profundidad del lecho, de la concentración de Cr(III) afluente, del pH y del flujo. El modelo de Thomas fue utilizado con éxito (figura 2) para predecir las curvas de quiebre y la altura mínima de lecho que debe utilizarse para depurar con un alto grado de eficiencia aguas contaminadas con Cr(III). Asimismo, los ensayos de regeneración sugieren que la cáscara de naranja puede utilizarse en columna en ciclos de sorción-regeneración. Los resultados obtenidos en este trabajo representan una sólida base para el futuro diseño y desarrollo de columnas a nivel industrial, permitiendo la remediación de grandes volúmenes de aguas contaminadas con Cr(III). Figura 1: Isoterma de Langmuir para la sorción de Cr(III) sobre cáscara de naranja masa de biomaterial = 1,45 g; pH = 4,4;   Intervalo de [Cr(III)] inicial: 77-770 mg/L. Figura 2: Perfil de elusión de una solución de Cr(III) tratada con una columna de lecho fijo empacada con cáscara de naranja masa de biomaterial = 3,0 g; [Cr(III)] inicial = 92,2 mg/L; Tiempo de quiebre (tb) = 369 min; Velocidad de flujo = 0,24 mL/min;     pH = 4,0.