Optimización de adsorción de molibdato sobre esferas de quitosano

BERTONI FERNANDO; BELLÚ SEBASTIÁN; SALA LUIS

Buenos Aires

Congreso; 30° Congreso Argentino de Química; 2014

Asociación Argentina de Química

OPTIMIZACIÓN DE ADSORCIÓN DE MOLIBDATO SOBRE ESFERAS DE QUITOSANOBertoni, Fernando Ariel; Bellú, Sebastián; Sala, Luis F. Sección: Química Ambiental. Instituto de Química Rosario (IQUIR)-CONICET, Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas, Universidad Nacional de Rosario, Suipacha 531, S2002LRK Rosario, Argentina. bertoni@iquir-conicet.gov.ar Introducción El quitosano es un polisacárido compuesto por poli (β-1→4)-2-amino-2-desoxi-D-glucopiranosa. Es producido por la desacetilación de la quitina, que está ampliamente distribuída entre invertebrados marinos y terrestres. El quitosano es un excelente adsorbente natural de iones metálicos debido a la presencia de grupos amino y oxidrilo, que sirven como sitios reactivos y de coordinación. (1) El molibdeno es un elemento esencial para algunas funciones en animales y plantas y es utilizado en aplicaciones específicas como acero de alta dureza y catalizadores. El aumento de los niveles de molibdeno en humanos causa enfermedades como anemia, deformidades, anormalidades en los riñones e hígado e incluso la muerte. Por lo tanto, es de gran importancia desde el punto de vista medioambiental. (2) Entre los métodos existentes de tratamientos de oxoaniones se hallan la coprecipitación y ósmosis reversa. Se ha reportado también la existencia de técnicas de adsorción simples utilizando carbón activado, polímeros, componentes de suelos, minerales de hierro (3). Debido a sus bajos costos operacionales, la adsorción resulta una alternativa atractiva para remover metales pesados en soluciones diluidas. Muchos materiales de origen biológico se han utilizado para remover estos metales de aguas y efluentes industriales (1). Se ha demostrado que los métodos convencionales de optimización presentan grandes restricciones y que la optimización multivariada a través de estrategias de diseño experimental presenta numerosas ventajas. En muchos casos, pueden existir múltiples factores que pueden parecer importantes, cuando en realidad sólo unos pocos de ellos controlan la respuesta de una manera significativamente. Los factores considerados en este trabajo fueron pH, temperatura, cantidad de esferas de quitosano y tiempo de contacto. (4) La aproximación por superficies de respuesta permite encontrar un modelo matemático que permita predecir la respuesta. El modelo optimizado se obtuvo a través de un diseño central compuesto. Objetivos El objetivo del trabajo fue determinar los factores significativos que afectan el proceso de adsorción del molibdeno sobre las esferas de quitosano y optimizar las condiciones experimentales para obtener la mayor remoción del metal. Materiales y métodos Preparación de las esferas. Se preparó una solución de quitosano de concentración 4% P/P. Para la misma se pesó una cantidad de quitosano y se disolvió en un volumen de ácido acético 4% P/V en un baño a aproximadamente 50°C. La solución resultante se sonicó hasta disolución total. Luego se llenó una jeringa con la solución de quitosano y se goteó lentamente sobre una solución de hidróxido de sodio en agitación. El tamaño promedio de las esferas obtenidas fue de 3mm de diámetro.(1) Preparación y determinación de la concentración de la solución de molibdato. La solución de molibdato se preparó disolviendo una cantidad determinada de molibdato de sodio en agua destilada. La concentración de molibdeno en solución se determinó mediante espectrofotometría; empleando como reactivo de color catecol: C6H6O2, en medio básico. (5) Diseño experimental y optimización. Se analizó si los factores tiempo de contacto, pH, temperatura y número de esferas eran significativos. La concentración de molibdato inicial fue 0,002 M. El tiempo de contacto se varió entre 1 y 60 minutos, el pH se varió entre 1 y 12, las temperaturas empleadas variaron entre 20°C y 60°C y el número de esferas se varió entre 5 y 50. Las medidas se realizaron en experimentos en lote. En un experimento típico se agregó un número determinado de esferas de quitosano a un volumen de 10 ml de agua destilada llevada a pH con ácido sulfúrico o hidróxido de sodio. Posteriormente se agregó el molibdeno. La mezcla de reacción se mantuvo en agitación y a temperatura constante. Luego de transcurrido un tiempo determinado, se tomó una muestra de la mezcla de reacción y se agregó a una solución conteniendo 5 ml del reactivo de color catecol 1% P/V y 5 ml de agua destilada; se midió la absorbancia a 400 nm y se determinó la concentración remanente de molibdato y el porcentaje de remoción. Los valores de porcentaje de remoción se ingresaron en el programa Design Expert y se utilizaron como respuesta durante el análisis de variables significativas y durante la optimización. Resultados Tabla 1. Experimentos propuestos para el análisis de los factores De los factores propuestos sólo resultaron significativos el pH, la temperatura y la cantidad de esferas agregadas. Optimización Con los factores que resultaron significativos se procedió a la optimización del porcentaje de remoción. Los valores que adoptaron los factores fueron: El pH se varió entre 3 y 10; la temperatura se varió entre 30°C y