Autores
Maldonado Farfan, A.R. (UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO) ; Fernandez Bernaola, U.R. (UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO) ; Vargas Robles, R.V. (UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO) ; Villasante Muñoz, J.G. (UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO)
Resumo
Se estudió la capacidad de adsorción de cromo (III) utilizando como
bioadsorbente Pennisetum clandestinum Hochst (kikuyo) activado mediante
hidrolisis. Se caracterizó mediante DRX antes y después de contactarse con el
metal. Se identificaron los picos característicos de especies de cromo. Los
datos cinéticos de adsorción a temperaturas de 20, 35 y 50 °C se ajustaron al
modelo de pseudo segundo orden. El estudio de isoterma corresponde al modelo de
Langmuir. El análisis termodinámico determinó que se trata de un proceso
espontáneo debido a los valores negativos de energía libre de Gibbs (ΔG)
(-3.1217, -3.2306 y -2.9192 kJ/mol), la entalpía (ΔH) 2.6279 kJ/mol y entropía
(ΔS) -0.0003 kJ/mol K describen al proceso como endotérmico y de baja
aleatoriedad en la superficie del bioadsorbente.
Palavras chaves
Termodinamica; cromo ; kikuyo
Introdução
La contaminación del recurso hídrico con metales pesados es un problema latente
que se ha incrementado en los últimos años debido a la ausencia de un
tratamiento previo en la disposición final de aguas residuales generadas en
actividades económicas o industriales que generan alteraciones en los
ecosistemas y daños en los organismos que lo conforman.
El cromo es un metal pesado caracterizado como tóxico por los daños que provoca
en la salud y ecosistemas (SOTO-BENAVENTE et al., 2020). La contaminación del
agua con cromo trivalente ocurre debido a la descarga de desechos derivados de
la manufactura de colorantes y pigmentos para el tratamiento de cueros; en su
mayoría, al disponer las aguas residuales contaminadas con cromo, este metal
sedimenta y sólo una parte se diluye en el agua.
Un ejemplo preciso de contaminación por cromo se da en la ciudad de Sicuani,
Cusco, Perú donde se generan aguas residuales contaminadas de cromo (III)
provenientes de la industria peletera y se refleja la ausencia de un tratamiento
de efluentes debido a la concentración de cromo superiores a los Límites Máximos
Permisible establecidos por la legislación peruana (RESOLUCIÓN MINISTERIAL N°
071-2022-MINAM)
Existen tecnologías para el tratamiento de aguas contaminadas con metales
pesados, siendo los métodos fisicoquímicos los más empleados. Por otro lado, la
bioadsorción de metales pesados es una alternativa atractiva de tratamiento por
su bajo costo de procesamiento (MALDONADO FARFAN & FERNANDEZ BERNAOLA, 2020).
En la presente investigación se estudia la influencia de la cinética, isoterma y
termodinámica de adsorción de cromo (III) en aguas contaminadas utilizado el
Pennisetum clandestinum Hochst (kikuyo) además de la caracterización de la
biomasa por Difracción de Rayos X.
Material e métodos
La preparación del bioadsorbente se realizó mediante selección de la biomasa,
lavado, secado, molienda, tamizaje (106 um) y activación química mediante
hidrolisis ácida y básica (MALDONADO et al., 2012). La hidrólisis ácida se
realizó con H2SO4 a 1.25% v/v e NaOH a 3.25% w/v en un equipo Soxhlet. Se
prepararon las soluciones de cromo (III) a partir de Tricloruro de cromo
hexahidratado de marca Sigma Aldrich. La caracterización se realizó mediante
Difracción de Rayos X (DRX) con un tamaño de paso (2θ) de 10 a 80º,
difractómetro BRUKER con material de ánodo, antes y después del proceso de
adsorción de cromo (III). Las pruebas de cinética de adsorción se realizaron en
un sistema por lotes, en un rango de tiempo de 1, 5, 7, 10,15, 20, 30, 60 y 120
minutos con una dosis de 0.5 g/L de bioadsorbente a distintas temperaturas (20,
35 y 50 °C). Los datos experimentales fueron ajustados a los modelos de pseudo
primer y pseudo segundo orden. Las isotermas de adsorción se determinaron
fijando la concentración del bioadsorbente (0.5 g/L) a distinta concentración
inicial del metal (5, 10, 20, 35, 50, 75, 100, 125, 150 y 200 ppm de cromo
(III)) manteniendo la temperatura constante de 20 °C). Los datos experimentales
fueron ajustados a los modelos de Langmuir y Freundlich. El análisis
termodinámico se realizó mediante la determinación de la energía libre de Gibbs
(ΔG), Entalpía (ΔH) y Entropía (ΔS) en un rango de temperaturas de 20, 35 y 50
°C, la constante de equilibrio se determinó mediante el coeficiente de
distribución (K°). Todas las pruebas experimentales fueron desarrolladas por
triplicado y para evaluar la capacidad de adsorción se utilizó un
espectrofotómetro de absorción atómica de marca Thermo Scientific.
Resultado e discussão
En la figura 1 se observan los espectros de DRX, donde el espectro de color
negro corresponde al bioadsorbente activado antes de contactarse con cromo (III)
y el espectro color rojo corresponde al bioadsorbente activado contactado con
cromo (III). En el espectro superior se observa la presencia de tres picos
característicos de cromo a 2θ (°): 19.43°, 25.23° y 40.36 que corresponden a Cr,
CrCl2, Na2Cr (CO3)22H2O respectivamente de acuerdo a lo reportado por (BASU et
al, 2019).
La cinética de adsorción se muestra en la figura 2, para el sistema a 20 °C se
alcanzó el equilibrio en el minuto 10, al igual que el sistema a 35 °C; mientras
que el sistema de 50 °C alcanzó el equilibrio en el minuto 15, este fenómeno
coincide con (Duarte, R. et al., 2009). Los datos experimentales se ajustaron al
modelo de pseudo segundo orden con un coeficiente de determinación mayor a 0.99
para las 3 temperaturas.
Los datos experimentales se ajustan mejor al modelo de Langmuir con grado de
confiabilidad igual a 0.99. El modelo resultante coincide con (CARDENAS JAVIER &
ULLOA ALFARO, 2013) y (MALDONADO et al., 2012), quienes reportaron que el modelo
de Langmuir se ajustó mejor a los resultados de isotermas de adsorción
utilizando Pennisetum clandestinum Hochst kikuyo. El modelo de Langmuir señala
que el bioadsorbente presenta una superficie homogénea (BHATTI et al.,2017).
Para el estudio de la termodinámica se determinó que es un proceso de carácter
espontaneo dado que los valores de energía libre de Gibbs (ΔG) son valores
negativos (-3.1217, -3.2306 y -2.9192 kJ/mol). El resultado de entalpia (ΔH):
2.6279 kJ/mol lo describe como un proceso endotérmico (Bassu et al., 2019). El
valor de la entropía (ΔS): -0.0003 kJ/mol K indica menor aleatoriedad en la
superficie de la biomasa (CARBONEL, 2018).
Conclusões
Se identificaron los picos característicos de cromo mediante DRX, que determinó
que el proceso tuvo lugar en la superficie del bioadsorbente. La cinética de
adsorción de cromo (III) fue mejor descrita por el modelo de pseudo segundo orden
para los sistemas estudiados. La isoterma de adsorción fue mejor descrita por el
modelo de Langmuir concluyendo que el bioadsorbente presenta una superficie
homogénea y monocapa. El estudio termodinámico de ΔG indica que se trata de un
proceso espontaneo; (ΔH) y (ΔS) indican que es endotérmico y de baja aleatoriedad
en la superficie del bioadsorbente.
Agradecimentos
Fondo Nacional de Desarrollo Científico, Tecnológico y de Innovación Tecnológica
(R-020-2019-VRIN/UNSAAC)
Referências
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