IQUIR   05412
INSTITUTO DE QUIMICA ROSARIO
Unidad Ejecutora - UE
libros
Título:
Uso de biomateriales en la eliminación de Cromo en aguas
Autor/es:
BELLÚ SEBASTIAN; SALA LUIS FEDERICO
Editorial:
LAP Lambert Academic Publishing GmbH & Co.
Referencias:
Lugar: Saarbrücken; Año: 2011 p. 166
ISSN:
978-3-8443-4033-4
Resumen:
El uso de Cr(VI) para preservar maderas, en industrias de cromado, fabricación de pinturas, etc, introduce grandes concentraciones de Cr(VI) al medio ambiente. El Cr(VI) es muy tóxico y  se sabe que posee efectos mutagénicos y carcinogénicos. La toxicidad de los compuestos de Cr(VI) se atribuye a los intermediarios reactivos generados durante su reducción en los sistemas vivos. Las pectinas constituyen una familia de polisacáridos complejos que se encuentran presentes en la pared celular primaria de las plantas. Al encontrarse la pectina ampliamente distribuida en los tejidos vegetales, es de gran importancia estudiar la posible interacción de este polisacárido con el cromo hipervalente y, de esta manera, determinar si biomateriales ricos en este polisacárido natural podrían ser empleados para la eliminación de cromo en aguas. Se han desarrollado muchas tecnologías de remoción de cromo en aguas y suelos contaminados en los últimos años, siendo una de ellas, la  bioadsorción empleando biomateriales de bajo costo. Si bien se está comenzando a comprender el mecanismo de remoción de Cr(VI) por biomateriales, aun queda por estudiar como se relaciona la composición química del biomaterial en su capacidad de reducción/adsorción de Cr(VI) y adsorción de Cr(III), lo cual facilitaría la búsqueda de biomateriales eficientes para ser empleados en el desarrollo de procesos de remediación de aguas contaminadas por cromo. En este trabajo de Tesis Doctoral se estudió la oxidación producida por el cromo hipervalente sobre la pectina de manzana y se determinó el mecanismo de reacción redox. Al mismo tiempo se realizaron estudios en batch empleando marlo de maíz, cáscara de naranja y cáscara de arroz como biomateriales ricos en hidratos de carbono, para la eliminación de cromo en agua. La reducción del Cr(VI) por parte de la pectina de manzana es lenta a valores de pH>2 y a temperatura ambiente, por ello, se eligió trabajar a una [H+] mayor a 0,05M y a una temperatura de 60 ºC. Se trabajó con exceso de [pectina] respecto de la [Cr(VI)] y a una fuerza iónica controlada: m = 0,5 M (dada por NaClO4). Los perfiles cinéticos obtenidos mostraron un decaimiento monofásico de la [Cr(VI)] con el tiempo que se  ajustaron bien con un decaimiento exponencial simple a partir del cual se obtuvieron los valores de constantes de velocidad de pseudo- primer orden para Cr(VI). Se determinó orden uno, tanto con la  [Cr(VI)] como con la [pectina] y [protones], por lo que se  postuló la siguiente ley de velocidad. -d[Cr(VI)]/dt = k6 [pectina] [H+] [Cr(VI)]                                         Donde el valor de k6 a T = 60 ºC y µ = 0,5 M, resultó ser: k6 = 1,71 (5) x 10-2 M-2s-1. Se confirmó la presencia de HCOOH y CO2 como productos de la oxidación de la pectina por Cr(VI) en exceso de agente reductor a una concentración de protones de 0,5 M. La reacción pectina/Cr(VI) a [H+] > 0,01 M ( T = 60ºC) no mostró ninguna señal en RPE. Sin embargo cuando la reacción se realizó a pH 3- 4,7 y T = 25 ºC los espectros de RPE mostraron una señal a un valor de giso = 1,9787. La señal de RPE observada es típica de complejos oxocromato(V) pentacoordinados a ligandos oxigenados, en los que el Cr se encuentra coordinado a grupos carboxilatos y al oxígeno del anillo piranósico. Se examinó la presencia del intermediario Cr(II) en la reacción de pectina con Cr(VI) monitoreando la formación de CrO22+. Los resultados espectroscópicos evidenciaron  la presencia de especies intermediarias de Cr(II) y de Cr(IV). Estas especies participan en el mecanismo de la reacción de oxidación de la pectina por Cr(VI). La adición de cantidades variables de pectina a soluciones saturadas de O2 conteniendo 6,24 x 10-5 M de CrO2+ dio lugar a un incremento en la intensidad del espectro de la especie CrO22+. La formación de CrO22+ se siguió espectrofotométricamente, midiendo el incremento de la Abs a 290 nm. Las curvas de Abs  vs tiempo se corresponden con un crecimiento exponencial simple. Se determinó la ley cinética experimental para la reducción de Cr(IV) por pectina de manzana. d[CrO22]/dt = -d[CrO2+]/dt = k4 [pectina] [Cr(IV)]  Los sitios de unión a Cr en la pectina de manzana son principalmente los grupos carboxilatos libres que pueden llevar a cabo procesos redox con Cr(VI)-Cr(V)-Cr(IV) en medio ácido o pueden estabilizar especies de Cr(V) y Cr(III) a través de grupos donores carboxilatos presentes en el polímero. La adsorción de Cr(III) por parte de marlo de maíz, cáscara de naranja y cáscara de arroz es un proceso pH- dependiente con una remoción máxima de Cr(III) a pH cercanos a 5. La adsorción de Cr(VI) por parte de marlo de maíz también es un proceso pH- dependiente  y requiere pH 1-2. A valores de pH bajos las especies de Cr(VI) son reducidas a Cr(III) por los componentes de este bioadsorbente. Parte del Cr(III) es retenido en la superficie del bioadsorbente. A tiempos de contacto cortos los espectros de RPE muestran señales a g = 1,9788 indicando la presencia de Cr(V) unido a la superficie del material. La intensidad de esta señal decrece con el tiempo a medida que aumenta una señal de RPE ancha característica de Cr(III), indicando que Cr(III) es el estado de oxidación final de cromo en la superficie del material. Lo mismo se comprobó mediante XPS de los biomateriales tratados con Cr (VI). De esta manera se concluiría que la remoción de Cr(VI) ocurre a través de un mecanismo de adsorción acoplado a reducción, como se ha propuesto para otros materiales. Analizando la composición de cada biomaterial, su capacidad de adsorber Cr(VI) o Cr(III) y de los resultados espectroscópicos obtenidos podemos inferir que la pectina participaría en la estabilización de las especies de cromo (a través de la coordinación con grupos carboxilatos).