Autores
Fuli Arcos, J.H. (UNIVERSIDAD DEL CAUCA) ; Perez, E.H. (UNIVERSIDAD DEL CAUCA) ; Salamanca Santiago, D.A. (UNIVERSIDAD DEL CAUCA) ; Parra Reyes, J.A. (UNIVERSIDAD DEL CAUCA)
Resumo
Se analizaron mediante los diseños de Plackett-Burman y Box-Behnken la adsorción
de P y Mg, en el residuo agroindustrial de fique, teniendo que los factores tamaño
de partícula, cantidad de adsorbente y tiempo son los más significativos. Con los
datos optimizados se obtuvo una superficie de respuesta optima de 600 µm en tamaño
de partícula, cantidad de adsorbente 1,23 g y 1 hora de contacto y un porcentaje
de adsorción máximo del 13% para P y de 66% de Mg. Estos métodos de adsorción o
modificación de superficies biodegradables residuales de agroindustria tienen
potencial como posibles fertilizantes enriquecidos y biodegradables para enmienda
y recuperación de suelos agrícolas.
Palavras chaves
magnesio; fosforo; fique
Introdução
Dentro de los procesos de elaboración de productos a nivel mundial, las fibras
naturales presentan un papel fundamental debido a su fácil obtención,
aprovechamiento y disponibilidad (NACCI et al., 2022), por lo que al aprovechar
su facilidad de modificar sus propiedades físicas, químicas y biológicas para
emplearlos en distintos usos, es por ello que se ha aprovechado la
reutilización, recuperación y reciclaje de materiales agroindustriales, para ser
utilizada en diferentes procesos o en la elaboración de nuevos productos con un
valor agregado que sean amigables con el medio ambiente y similares a los
productos obtenidos con materias primas comerciales (YAASHIKAA et al., 2022).
Entre los usos que se pueden aprovechar estos materiales se encuentran la
elaboración de enmiendas para el suelo, que suministren diversos nutrientes
indispensables para el desarrollo de las plantas, entre ellos el fosforo (P) y
el magnesio (Mg). El primero es un elemento esencial para el crecimiento y
desarrollo de las plantas, donde su disponibilidad en la solución del suelo
depende de la riqueza de los minerales presentes en la solución del suelo, los
procesos de disolución, adsorción, desorción y precipitación, entre otras (DÍAZ
& SADEGHIAN, 2018); pero también presenta una disponibilidad biológica limitada
en el suelo para su aprovechamiento, por lo que requiere de la búsqueda de
nuevos procesos alternativos que permitan suplir la necesidad de este elemento y
maximizar el crecimiento de las plantas. El Mg por su parte está presente en el
suelo del 90 a 98% en forma no disponible para ser absorbido por las plantas,
incorporándose a las estructuras cristalina de los minerales (CEDEÑO ZAMBRANO et
al., 2021)
Por lo tanto, en este trabajo se consideran los diseños experimentales para
valorar la capacidad de adsorción de la fibra biodegradable de fique (Furcrea
sp.) de los nutrientes P y Mg, con el fin de evaluar su uso como potencial
enmienda de suelos deficientes en estos minerales.
Material e métodos
El residuo agroindustrial de fique se obtuvo de una empresa especializada en el
aprovechamiento de la cabuya en el municipio de Popayán (Colombia),
posteriormente se realizó un tratamiento de adecuación de la muestra (lavado,
secado, molienda y tamizaje) Se caracterizaron los grupos funcionales presentes
en la fibra usando espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (FTIR),
la caracterización superficial empleando microscopia de barrido electrónico
(SEM) y los parámetros fisicoquímicos por protocolos establecidos y basados en
normas internacionales (AOAC, 1990)
Posteriormente se evaluó la adsorción de P mediante cinco factores (Temperatura,
Tamaño de Partícula, pH solución, Tiempo, Cantidad de Adsorbente), con el fin de
poder determinar las más significativas e influyentes en la adsorción de este
metal en las muestras a estudiar. Se utilizó un diseño de Plackett-Burman para
descartar las variables que no son significativas en este proceso y un diseño
Box-Behnken para optimizar los valores de los factores que contribuyen a una
mayor adsorción de P. En el caso de Mg se estudiaron los factores más
significativos por el diseño de Plackett-Burman.
La cuantificación de Mg se realizó con un espectrofotómetro de absorción atómica
con accesorio de ionización por llama, mientras que la cuantificación de P se
realizó con un espectrofotómetro de UV-Vis empleando un método colorimétrico,
donde los resultados se analizaron con un nivel de confianza ˃ 95% y empleando
el software estadístico IBM SPSS STATISTICS versión 23
Resultado e discussão
En los resultados obtenidos de la caracterización fisicoquímica (Tabla 1) de la
muestra de fique, se observa un contenido de carbono de 48,95%, correspondiente
a los grupos funcionales carboxílicos (-COOH), amida (-CONH2) y carbonilo (-C=O)
que presenta en su composición y que se corrobora con el espectro Infrarrojo
(Figura 1), a estos grupos funcionales se les considera responsables de la unión
de iones metálicos en la superficie de los biosorbentes. La micrografía SEM
(Figura 2) permite observar que la fibra de fique esta ordenada y empaquetada de
una forma rectangular, rugosa, aspecto rígido y heterogénea, la cual no presenta
homogeneidad por compuestos como lignina, hemicelulosa y pectina que van actuar
como aglutinantes que impiden la desfibrilación de las cadenas de celulosa.
Los resultados del diseño Plackett-Burman, implementado para determinar la
influencia de los factores estudiados en la biosorción de P, permite observar
que de acuerdo con el análisis de varianzas ANOVA (Tabla 2), los factores que
tienen mayor influencia en el porcentaje de adsorción (p < 0,05) son el tamaño
de partícula, la cantidad de adsorbente y el tiempo, lo cual se puede corroborar
gráficamente con el diagrama de Pareto (Figura 3), por lo cual estos parámetros
fueron optimizados mediante un diseño Box-Behnken y se dejaron constantes la
temperatura (25 °C) y el pH (5,0).
Los resultados del diseño Box-Behnken muestran que la cantidad del adsorbente es
el factor más influyente en la biosorción de P, teniendo en cuenta que la
interacción principal del factor, su interacción cuadrado y la interacción con
el factor tiempo fueron las únicas con significancia p < 0,05 como se observa en
la tabla ANOVA (Tabla 3) y el diagrama de Pareto (Figura 4), el cual
adicionalmente nos indica que este factor tiene un efecto positivo sobre la
biosorción, por lo cual al aumentar el valor de este factor se aumenta la
concentración de P adsorbido. Teniendo en cuenta el grafico de superficie de
respuesta (Figura 5), los parámetros optimizados para la biosorción de P son:
Tamaño de partícula (600 µm), tiempo (1 hora) y cantidad de adsorbente de (1,23
g) para un 13,87 % de adsorción.
Respecto a los resultados de adsorción de Mg, se puede observar que la tendencia
de la fibra de fique a la retención de este metal es alta, registrándose del 49
al 66 %, de acuerdo a los resultados del diseño de Plackett-Burman, donde la
cantidad de adsorbente, el tiempo y el tamaño de partícula son los parámetros
más significativos, de acuerdo con el análisis de ANOVA (Tabla 4) y el diagrama
de parámetro (Figura 6).
Los resultados de Mg2+ permiten pensar que aplicando la metodología de
modificación de la fibra con otros compuestos se pueda mejorar la biosorción de
P. SANTANA (2011) reporta una modificación primero con Fe2+ y luego adsorción de
fosforo en forma de fosfatos (PO42-).
Conclusões
Según los datos obtenidos en los experimentos con el residuo agroindustrial de
fique se observa que la adsorción de fosforo es relativamente baja, obteniendo un
máximo de 13,87%, es por ello que se hace necesario pensar en realizarle primero
una modificación, en este caso con un metal como él Mg, donde los experimentos
realizados demuestran tener una alta adsorción que varía entre el 49 al 66 %,
esto podría ayudar a que este porcentaje de adsorción de fosforo aumente y pensar
en su uso como enmienda para suelos de baja fertilidad.
Agradecimentos
A la Universidad del Cauca, departamento de Química, grupo de investigación
Agroindustrial, UAI-Química y al laboratorio de Análisis Ambientales SENA Cauca
por permitir realizar estos estudios.
Referências
CEDEÑO ZAMBRANO, J.R., GARCIA PÁRRAGA, J.V., SOLÓRZANO COBEÑA, C.M., JIMÉNEZ-FLORES, L.A.J., ULLOA CORTAZAR, S.M., LÓEZ-MEJIA, F.X.- AVELLÁN VÁSQUEZ, L.E., BRACHO BRAVO, B.Y., & SÁNCHEZ URDANETA, A.B. Fertilización con magnesio en platano “Barragnete” (Musa AAB) Ecuador. La Granja, n 35(1), p 8-19, 2021
DÍAZ, V.C., & SADEGHIAN, S. Adsorción de fosforo en suelos de la zona cafetera de Colombia. Cenicafé, n 69(2), p 7-16, 2018.
NACCI, T., SABATINI, F., CIRRINCIONE, C., DEGANO, I., % COLOMBINI, M.P. Characterization of textile fibers by means of EGA-MS and Py-CG/MS. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, n 165(May), p 105570, 2022.
SANTANA CARVALHO, W., FERREIRA MARTINS, D., ROSA GOMES, F., RAMOS LEITE, I., GUSTAVO da SILVA, L., RUGGIERO, R., MATHIAS LEITE, E. Phosphate adsorption on chemically modified sugarcane bagasse fibres. Biomass and Bionergy, n 35, p 3913-3919, 2011.
YAASHIKAA, P.R., SENTHIL KUMAR, P., & VARJANI, S. Valorization of agro-industrial wates for biorefenery process and circular bioeconomy: A critical review. Bioresorce Technology, n 343(October 2021), p 126126, 2022.
