Sintesis de particulas de quitosano impregnadas con iones ferricos para la remocion de arsenico en aguas de consumo.

LOBO C.; COLMAN E.; BERTOLA N; ZARITZKY NOEMI.

La Plata

Jornada; Cuartas Jornadas de Investigacion y Transferencia de la Facultad de Ingenieria 2017; 2017

Facultad de Ingenieria Univ Nacional de La Plata

La contaminación con Arsénico (As) en aguas subterráneas puede ser provocada tanto por procesos naturales geológicos como por actividades antropogénicas. En Argentina, este contaminante se encuentra distribuido en diferentes áreas de la Puna y la Llanura Chaco-Pampeana en un amplio rango de 10 a 5300 µg/L. En aguas subterráneas de la llanura Llanura Chaco-Pampeana de Argentina, debido al predominio de condiciones oxidantes la mayor parte del As se encuentra como As(V). La presencia de As en aguas para consumo humano en Argentina ha ocasionado la existencia del hidroarsenicismo crónico regional endémico (HACRE), enfermedad crónica que se manifiesta principalmente por alteraciones dermatológicas. En los recientes años se han analizado varios métodos de remoción de As tales como: precipitación, oxidación-coagulación, membranas de intercambio iónico y adsorción. Actualmente, el empleo de biopolímeros (quitosano, quitina) como adsorbentes para el tratamiento de aguas contaminadas está ganando más atención como un medio simple, eficaz y económico. La quitina (poli-β-(1,4)-N-acetil-D-glucosamina), segundo polisacárido natural más abundante después de la celulosa, es uno de los componentes principales de las paredes celulares de los hongos, y del exoesqueleto de crustáceos e insectos. Por desacetilación se transforma en quitosano (poli-β-(1,4)-D-glucosamina-N-acetil-D-glucosamina), un polielectrolito catiónico que exhibe características fisicoquímicas de notable interés (elevada proporción de grupos amino libres, mayor solubilidad comparada con la quitina, biocompatibilidad y biodegradabilidad), lo cual hace que presente múltiples aplicaciones en medicina, industria cosmética, industria alimentaria y en el tratamiento de aguas y efluentes residuales e industriales. La quitina y quitosano pueden utilizarse como adsorbentes para la eliminación de As en aguas, sin embargo presentan baja capacidad de adsorción. Por ello, la impregnación de quitosano con metales ha sido propuesta para incrementar la efectividad de remoción de As. La combinación de hierro y quitosano es una alternativa para la remoción de As.Los objetivos del presente trabajo son: Sintetizar partículas de quitosano impregnadas con iones férricos (Fe+3) para ser utilizadas en la remoción de As(V).- Determinar las condiciones óptimas de pH y concentración de adsorbente para el proceso.- Modelar matemáticamente los resultados obtenidos Las partículas (Q-Fe) fueron sintetizadas mediante gelificación de quitosano impregnado con Fe+3 en NaOH. Se seleccionó la concentración de 0.5 M de NaOH para obtener partículas de Q-Fe estables para la adsorción de As(V). Una vez formadas las partículas se mantuvieron 2 h en agitación en la solución de NaOH para obtener la estabilización de la matriz. Posteriormente, las partículas fueron lavadas con agua destilada varias veces y finalmente fueron secadas en estufa con convección a 40ºC hasta obtener peso constante.Luego, se estudió el porcentaje de remoción de As(V) en función de la concentración de adsorbente y el pH. Los ensayos fueron realizados en un incubador con agitación a 25ºC. Una vez alcanzado el tiempo de contacto las partículas Q-Fe fueron separadas de la solución mediante filtración y se determinó la concentración de As(V) residual ´mediante Espectroscopía de Absorción Atómica con generador de hidruros en un equipo Shimadzu AA-7000. La cantidad de As(V) (µg) adsorbido por unidad de masa de partículas Q-Fe (g) fue determinado como:q=(Ci-Ct)/m*V donde q corresponde a la capacidad de adsorción de As(V) a 24 h, Ci y Ct son las concentraciones de As (μg/L) iniciales y en el tiempo t, m la masa seca del adsorbente adicionado (g) y V (L) el volumen de la solución. Cuando se estudió la remoción de 307 μg/L de As(V) a pH 7.13 se observó que el porcentaje de remoción de As(V) aumentó de 78.8% a 97.1% con el incremento de la concentración de partículas Q-Fe de 0.2 a 2 g/L, esto se debió a una mayor proporción de sitios activos para la adsorción de As(V). Por el contrario, la capacidad de adsorción q es decir la cantidad de As adsorbido por masa de adsorbente disminuyó con el incremento de la concentración de partículas de Q-Fe. La capacidad de adsorción para 0.2 g/l de partículas Q-Fe fue de 1219.3 ± 167.1 µgAs(V)/gpartículasQ-Fe, mientras que para 2 g/L fue de 148.1 ± 1.4 µgAs(V)/gpartículasQ-Fe. Considerando un balance entre el porcentaje de remoción de As(V) y la capacidad de adsorción (q), se seleccionó una concentración de adsorbente para los ensayos posteriores de 1 g/L, la cual permitió obtener una remoción mayor al 90%.En los procesos de adsorción el pH de la solución es una variable importante tanto para el adsorbente como para el adsorbato, debido a que ambos poseen grupos funcionales que pueden protonarse y desprotonarse para producir diferentes cargas superficiales. En el rango de pH entre 4 y 5.5 el máximo porcentaje de remoción de As(V) fue de 97.9%. Esto pudo deberse a que en condiciones de acidificación es favorable la protonación de la superficie del adsorbente, por lo tanto en estas condiciones se obtuvo un alto porcentaje de adsorción de As(V) por medio de interacciones electroestáticas con la superficies de las partículas Q-Fe. En condiciones de pH ácido la concentración residual de As(V) obtenida fue 6.6±0.2 y 6.3±0.04 μg/L, para pH 4.02 y pH 5.12, respectivamente. Estas concentraciones se encuentran debajo del límite de 10 μg/L para aguas de consumo establecido por la Organización Mundial de la Salud. Los porcentajes de remoción obtenidos para pH entre 5 y 7 fueron superiores al 90% disminuyendo al 85% para pH 9.5. Por lo tanto, en todo el rango de pH estudiado (pH 4-9.5) los porcentajes de remoción obtenidos fueron superiores al 85%. Esto pudo deberse a que en el rango de pH 2 -11 As(V) predomina como anión H2AsO4- y HAsO42- (pKa1 = 2.3, pKa2 = 6.9, pKa3 = 11.5) (Zhang y col., 2010), por ello, la adsorción de estas especies fue favorable en todo el rango de pH analizado. Además, las partículas mantuvieron su integridad física independientemente del pH del proceso de adsorción, lo cual permitiría separarlas posteriormente por filtración.Finalmente se analizó la estabilidad de los iones férricos en las partículas de quitosano Q-Fe a pH 5.12. Se determinó que la concentración de Fe+3 residual en el agua posterior al proceso de adsorción de As(V) por espectrofotometría usando el método FerroVer (Método Hach Nº 8008, adaptado de Métodos Estándar). El valor obtenido fue de 0.035±0.01 mgFe/L. Esta concentración se encuentra debajo del límite de 3 mgFe/L, establecido por el Código Alimentario Argentino para aguas de consumo. Por lo tanto, se determinó que en condiciones de pH 5.12 y 1g/L de partículas Q-Fe, los iones Fe+3 quedan retenidos en la matriz de quitosano y la concentración de As(V) y Fe+3 finales obtenidas se encuentran debajo de los límites establecidos para aguas de consumo.De los resultados obtenidos se puede concluir que las partículas de quitosano impregnadas con hierro fueron efectivas en la remoción de As(V) para un amplio rango de concentración de adsorbente y de pH. El mayor porcentaje de remoción de As(V) fue de 97.9% para pH 5.12 y 1g/L de adsorbente, alcanzándose un valor inferior a 10 μg/L (límite establecido para aguas de consumo por la OMS).