Estudios de remediación de aguas contaminadas con oxoaniones de carácter tóxico, mediante procesos de Biosorción

Abstract

El molibdeno es un elemento ampliamente utilizado en aplicaciones industriales especializadas. Constituye un elemento esencial en plantas y animales. Presenta un requerimiento diario estimado de 75 a 250 µg en adultos y forma parte de cofactores en las enzimas sulfito oxidasa, xantina oxidasa y aldehído oxidasa. Una elevada dosis de molibdeno puede sin embargo ser perjudicial para la salud, aunque la evidencia de los síntomas en humanos es limitada. En literatura existen varios trabajos que estudian el impacto en la salud de un exceso del elemento. La interacción de molibdeno con azufre en el rumen forma tiomolibdatos, especies que inhiben la absorción de cobre y la actividad de enzimas dependientes de cobre. Los síntomas de molibdenosis (también conocida como “teart”) son similares a los de la deficiencia de cobre e incluye anemia, anorexia, diarrea, anormalidades en articulaciones, osteoporosis y decoloración en el pelo de los animales. Varias industrias producen y descargan al ambiente desechos conteniendo distintos metales pesados, entre ellas la minería y la fundición, la industria de acabado de superficies, de producción de energía y combustibles, la industria de pesticidas y fertilizantes, la metalurgia, los procesos de electroplatinado, de electrólisis, de electro-ósmosis, las curtiembres, la industria fotográfica, la fabricación de electrodomésticos, la industria aeroespacial, etc. Por lo tanto, la demanda de metales como recursos es importante y trae aparejado además serios riesgos de contaminación ambiental, poniendo en peligro la salud humana y los ecosistemas. Las metodologías para remover iones metálicos de soluciones acuosas se basan principalmente en tecnologías físicas, químicas y biológicas. Entre los métodos convencionales propuestos se encuentran precipitación química, filtración, intercambio iónico, tratamiento electroquímico, tecnologías de membranas, sorción sobre carbón activado, evaporación, etc. La biosorción de metales pesados en soluciones acuosas es un proceso relativamente nuevo que se ha confirmado como un proceso prometedor en la remoción de metales pesados. Esta consiste en la captación pasiva de contaminantes por materia biológica muerta o inactivada o derivados de fuentes biológicas. En la literatura pueden encontrarse múltiples sorbentes, entre ellos pueden encontrarse desechos de la agricultura como restos de frutas y vegetales, cáscara de arroz, salvado de soja y trigo, residuos naturales como desechos de plantas, aserrín, corteza de árboles, malezas, etc. En este trabajo de tesis se propuso estudiar la remoción de molibdeno hexavalente en solución acuosa utilizando el alga verde Spongomorpha pacifica, el biopolímero quitosano y la cáscara de naranja como biosorbentes. Los estudios incluyeron experimentos cinéticos y termodinámicos en lote y estudios de remoción continua en columnas de lecho fijo. Se realizaron además caracterizaciones de los materiales a través distintas técnicas. El ajuste de los datos experimentales a distintos modelos teóricos, puede contribuir al entendimiento del proceso de sorción y aportar información útil para su escalado a dimensiones mayores. Los resultados de los estudios cinéticos y termodinámicos sobre S. pacifica sugirieron que el proceso de remoción responde al modelo cinético de pseudo-primer orden y al modelo de isoterma de Langmuir. El valor de qmax obtenido a 20°C en dicho ajuste fue de (1300 mg g-1 ). La presencia de iones fosfato produciría una disminución de este valor. Los valores obtenidos de energía de activación a partir de la ecuación de Arrhenius y energía libre a partir de la ecuación de Dubinin-Radushkevich confirmarían que el mecanismo del proceso de sorción es del tipo químico. Los parámetros termodinámicos del proceso permitieron caracterizar a la reacción como espontánea y endotérmica, conducida entrópicamente. El análisis EDS confirmó la presencia de Mo en la superficie de alga y el análisis por FTIR sugeriría que grupos oxidrilos y carboxilos están involucrados en el proceso de sorción. En los estudios de sorción continua los datos experimentales se ajustaron a los modelos de Thomas y Dosis-respuesta modificado. Este último fue el que describió de forma más adecuada el comportamiento observado. Los valores de qTh obtenidos resultaron comparables a los valores experimentales. Los tiempos de ruptura, saturación y la capacidad de remoción aumentaron al aumentar la altura de lecho. El ajuste satisfactorio al modelo de altura de lecho y tiempo de servicio (BDST) permitiría realizar un escalado del proceso a alturas mayores a escalas reducidas. Se calculó también la altura de lecho crítica, Z0, que resultó 1,7 cm, un valor más pequeño que las columnas ensayadas. El estudio de desorción con hidróxido de sodio resultó de baja eficiencia. Los resultados de los estudios cinéticos y termodinámicos sobre esferas de quitosano sugirieron que el proceso de remoción responde al modelo cinético de pseudo-segundo orden y al modelo de isoterma de Langmuir. El valor de qmax obtenido a 20°C en dicho ajuste fue de 260 mg g-1 . La presencia de iones fosfato, arseniato y selenito produciría una disminución de este valor. Los valores obtenidos de energía de activación a partir de la ecuación de Arrhenius y energía libre a partir de la ecuación de Dubinin-Radushkevich confirmarían que el mecanismo del proceso de sorción es del tipo químico. Los parámetros termodinámicos del proceso permitieron caracterizar a la reacción como un proceso espontáneo, exotérmico y con una disminución en el desorden. El análisis EDS confirmó la presencia de Mo en la superficie de las esferas y el análisis por FTIR sugeriría que grupos oxidrilos están involucrados en el proceso de sorción. Posiblemente los grupos amino cargados positivamente de los residuos desacetilados favorecerían la atracción de los iones de Mo(VI) cargados negativamente hacia su superficie. En los estudios de sorción continua realizados con el polímero, utilizado como un polvo fino, se ajustaron los datos experimentales a los modelos de Thomas y Dosis-respuesta modificado. Este último fue el que describió de forma más adecuada el comportamiento observado. Los valores de qTh obtenidos resultaron comparables a los valores experimentales. Los tiempos de ruptura, saturación y la capacidad de remoción aumentaron al aumentar la altura de lecho. El ajuste satisfactorio al modelo de altura de lecho y tiempo de servicio (BDST) permitiría realizar un escalado del proceso a alturas mayores a escalas reducidas. Se calculó también la altura de lecho crítica, Z0, que resultó 0,7 cm, un valor más pequeño que las columnas ensayadas. El estudio de desorción con hidróxido de sodio resultó eficiente y permitiría liberar los iones molibdato unidos al sorbente. Los resultados de los estudios cinéticos y termodinámicos sobre cáscara de naranja (Citrus sinensis) sugirieron que el proceso de remoción responde al modelo cinético de pseudosegundo orden y al modelo de isoterma de Langmuir. El valor de qmax obtenido a 20°C en dicho ajuste fue de 36 mg g-1 . La presencia de iones fosfato produciría una disminución de este valor. Los valores obtenidos de energía de activación a partir de la ecuación de Arrhenius y energía libre a partir de la ecuación de Dubinin-Radushkevich confirmaron que el mecanismo del proceso de sorción es del tipo químico. Los parámetros termodinámicos del proceso permitieron caracterizar al mismo como espontáneo, exotérmico y acompañado de un aumento en entropía. El análisis EDS confirmó la presencia de Mo en la superficie de alga y el análisis por FTIR sugeriría que grupos oxidrilos y carboxilos están involucrados en el proceso de sorción. En los estudios de sorción continua se ajustaron los datos experimentales a los modelos de Thomas y Dosis-respuesta modificado. Los valores de qTh obtenidos resultaron comparables a los valores experimentales. Los tiempos de ruptura, saturación y la capacidad de remoción aumentaron al aumentar la altura de lecho. En el estudio de desorción con hidróxido de sodio se observó la degradación del sorbente impidiendo el uso de esta solución como desorbente. Con los resultados obtenidos se propusieron mecanismos para describir el proceso de sorción del molibdato sobre la superficie de los sorbentes.