Biosorción de Cd

7/24/2019 Biosorcin de Cd

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Biosorcin de Cd (II) y Cr (III) a partir acuosa solucin

por el musgo de la biomasa (Hylocomium splendens):

Equilibrio, estudios cinticos y termodinmicos

E!"#E$:

Las caractersticas de biosorcin de los iones Cd (II) y Cr (III) de una

solucin acuosa utilizando el musgo (splendens Hylocomium) biomasa

fueron investigadas en trminos de equilibrio cintica y termodin!mica"

Condiciones ptimas de biosorcin se determinaron como una funcin

del pH la dosis biomasa tiempo de contacto y la temperatura" #e

aplicaron modelos de Langmuir $reundlic% y &ubinin'adus%evic% (&'

) para describir la isoterma de biosorcin de los iones met!licos por H"

splendens biomasa" *odelo de Langmuir instalado los datos de equilibrio

me+or que la isoterma de $reundlic%" La capacidad m!,ima de biosorcin(-*) de la biomasa splendens H" se encontr que era ./0 mg 1 g para el

Cd (II) de iones y 2/3 mg 1 g para el Cr (III) de iones" Los valores de

energa libre de medias evaluadas en el modelo &' indican que la

biosorcin de Cd (II) y Cr (III) en la biomasa splendens H" fue tomada por

lugar de intercambio inico qumica" Los par!metros termodin!micos

calculados 456 4H6 y 4#6 mostr que la biosorcin de Cd (II) y Cr (III)

en iones de biomasa splendens H" era factible espont!nea y e,otrmica

en condiciones e,aminadas" Los datos e,perimentales se ensayaron

tambin en trminos de la cintica de biosorcin utilizando pseudo'primer orden y la pseudo'segundo orden modelos cinticos" Los

resultados mostraron que los procesos de biosorcin de ambos iones

met!licos sigui una cintica de pseudo'bien de segundo orden"

%& Introduccin

Contaminacin por metales pesados Industrial es un grave problemaambiental en todo el mundo en los 7ltimos a8os" 9dem!s de los efectos

t,icos y da8inos para los organismos que viven en el agua los metalespesados tambin se acumulan en la cadena alimentaria y puedenafectar a los seres %umanos :3;" Los metales pesados como el cadmio(Cd) y cromo (Cr) a menudo presente en las aguas residualesindustriales son peligrosos para el ecosistema acu!tico y suponenriesgo para la salud %umana"


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cadmio puede ser observado por una variedad de sndromes y efectosincluyendo la disfuncin renal %ipertensin lesin %ep!tica da8opulmonar y efectos teratognicos :.;" Los compuestos de cromo lamayora en el cromo (III) producidos por la industria qumica se usan encromado la fabricacin de colorantes y pigmentos curtido de cuero y

preservacin de la madera :20;" Cr (III) tambin se piensa que es unnutriente esencial requerido para el metabolismo del az7car y grasa enlos organismos :=;" #in embargo permanecen largo tiempo provoca enla piel alrgica y c!ncer :>;" Cr (III) puede r tambin o,idar a la m!scarcinognico y mutagnico de Cr (?I) por *n@/ en el medio ambiente opor algunas bacterias en el suelo en condiciones adecuadas :A;" Cr (III)es t,ico para los peces cuando su concentracin en el agua es superiora 0"B mg L'3 :;"

Los mtodos m!s utilizados para la eliminacin de metales pesados de

las aguas residuales incluyen intercambio inico precipitacin qumicasmosis inversa evaporacin Dltracin por membrana tratamientobiolgico de adsorcin :3B;" La mayora de estos mtodos adolecen dealgunos inconvenientes como el alto capital y los costos operativos o laeliminacin de los lodos de metal residual y no son adecuados para lasindustrias en peque8a escala :33;" Eiosorcin +uega un papel importanteen la eliminacin de iones met!licos de control de la contaminacinacuosa soluciones de agua :3/3.;" Las principales venta+as de estatcnica son la reutilizacin de biomaterial ba+o costo de operacin lame+ora de la selectividad para los metales especDcos de inters laeliminacin de metales pesados de los eFuentes con independencia de

la to,icidad el tiempo de funcionamiento corto y no %ay produccin decompuestos secundarios que podran ser t,icos :32 ;" ?arios biomasasse %an utilizado para la eliminacin de los iones Cd (II) y Cr (III) de lasolucin acuosa :30'3A;"

Los musgos se %an utilizado durante m!s de /B a8os como

bioindicadores para la determinacin de la deposicin atmosfrica de

metales pesados debido a su alta capacidad de intercambio catinico

:3'/3;" Los estudios sobre la absorcin y la liberacin de metales

pesados por las diversas especies de musgos tambin se %an logrado

://'/0;"


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B C durante 2A %" La

biomasa musgo seco se moli y se tamiz a travs de diferentes

tama8os 30B'.BBJm fraccin y se utiliz en todos los e,perimentos"

'&'& eacti+os y equipos

odos los productos qumicos utilizados en este traba+o fueron de grado

reactivo analtico y se utilizaron sin puriDcacin adicional" #e utiliz 9gua

doble desionizada (*illi'- *illipore 3A"/*Kcm'3de conductividad) para

todas las diluciones" n medidor de pH de #artorius MM'30 *odelo de

vidrio'electrodo se emplea para la medicin de valores de pH en la fase

acuosa" #e utiliz un Merin BB llama espectrmetro de

absorcin atmica con el fondo de deuterio corrector" odas las

mediciones se llevaron a cabo en un 1 llama de acetileno de aire" #e

utilizaron un 3B cm de longitud de cabeza ranurada quemadores unal!mpara y una llama de aire'acetileno" #e establecieron los par!metros

de funcionamiento de los elementos de traba+o seg7n lo recomendado

por el fabricante" ransformada de $ourier de infrarro+os ($'I) espectros

de biomasa sin carga seca y Cd biomasa (II) cargado'y Cr biomasa (III)'

cargado preparado como se registraron discos de NEr a 2BB'2BBB cm'3


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rango de n7mero de onda utilizando un modelo de O9#C@'2.B

espectrmetro $'I"

'&& *rocedimiento de biosorcin de lotes

Eiosorcin e,perimentos fueron optimizados a cabo en el valor deseado

de pH tiempo de contacto y el nivel de dosiDcacin de biomasa

utilizando la biomasa necesaria en un matraz cnico de /0B ml con

tapn que contiene /0 ml de solucin de prueba" #oluciones iniciales con

diferente concentracin de Cd (II) y Cr (III) se prepararon por dilucin

apropiada de 3"BBB mg 1 L de Cd (II) y Cr(III) est!ndar " ampn de

fosfato de sodio (B3 moles 1 L) se prepar mediante la adicin de una

cantidad apropiada de !cido fosfrico a la solucin de fosfato de

di%idrgeno de sodio para dar lugar a una solucin de pH /" ampones

de acetato de amonio (B3 mol 1 l) se prepararon mediante la adicin de

una cantidad apropiada de !cido actico a soluciones de acetato deamonio para dar lugar a soluciones de pH 2'=" #oluciones tampn de

cloruro de amonio (B3 mol 1 l) se prepararon mediante la adicin de una

cantidad apropiada de amonaco a soluciones de cloruro de amonio para

dar lugar a soluciones de pH A"

9 continuacin se a8adi la cantidad necesaria de biomasa y el

contenido en el matraz se agitaron durante el tiempo de contacto

deseado en un agitador de vaivn elctricamente termost!tica a 33B

rpm" Los e,perimentos se repitieron a los /B .B 2B y 0B C"


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min el pH de / a A la concentracin de metal inicial de 3B a 2BB mg 1 L

y la dosis biosorbente de B3 a /B g 1 L"

& esultados y discusin

&%& -nlisis ./0I

*todo de espectroscopa $'I se utiliz para obtener informacin sobre

la naturaleza de las posibles interacciones entre los grupos funcionales

de la biomasa splendens H" y los iones met!licos" Los espectros $'I de

la biomasa sin carga seca Cd (II) cargado' biomasa y Cr (III) cargado'

biomasa se muestra en la Dgura" 3" Las bandas anc%as y fuertes de

."/0 a ."..A cm'3se deben a %idro,ilo acotada ('CH@H) o amina ('GH

/) grupos" Los picos a 3=/.'3=.A cm'3se atribuyeron a la vibracin de

estiramiento del grupo carbo,ilo ('CR@)" Las bandas observadas en

3B/>'3B. cm'3

se asignaron al estiramiento de alco%oles y !cidoscarbo,licos C'@" Los picos observados en /AA cm'3 pueden ser

asignados para el grupo'CH"

La vibracin se e,tiende a ..B0 cm'3se traslad a ./0 y ...A cm'3en

el caso de Cd (II) y Cr (III) biosorcin respectivamente"


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fsicas y el atrapamiento de iones en los capilares y espacios de la red

estructural de clulas de un biosorbente :/>'/; intraDbrilares

interindividuales"


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&& E1ecto de la dosis de la biomasa

La dosiDcacin de la biomasa es un par!metro importante porque esto

determina la capacidad de un biosorbente para una concentracin inicial

dada" La eDciencia de biosorcin para el Cd (II) y Cr (III) iones como una

funcin de la dosis de la biomasa se investig (Dg" .)"


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&2& E1ectos de tiempo de contacto y de la temperatura


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de %asta =B min y despus de entonces era casi constante" Mor e+emplo

durante =B min (a /B6C) cuando la eDciencia de biosorcin fue de >Q y

AQ para el Cd (II) y Cr (III) respectivamente que era A y Q

respectivamente durante B min (a /B6C)" Mor lo tanto el tiempo de

contacto ptimo fue seleccionado como =B min para e,perimentos

adicionales"

La temperatura del medio afecta a la eDciencia de eliminacin del

contaminante de la solucin acuosa" La Dgura 2 muestra tambin la

biosorcin de Cd (II) y Cr (III) iones como una funcin de la temperatura"

%asta A/Q para el Cd (II)

y de al A=Q para Cr (III) como la temperatura se aument de /B a 0B

C durante el tiempo de equilibrio =B min"


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&3& #odelos de isotermas Biosorcin

La capacidad de una biomasa puede ser descrita por la isoterma de

sorcin de equilibrio que se caracteriza por ciertas constantes cuyos

valores e,presar las propiedades de la superDcie y la aDnidad de la

biomasa" Las isotermas de biosorcin fueron investigados utilizando tres

modelos de equilibrio que son a saber la de Langmuir $reundlic% y&ubinin'adus%evic% (&') se analizaron los modelos de isotermas" La

isoterma de sorcin de Langmuir se %a aplicado con ,ito para muc%os

procesos de biosorcin de contaminantes y %a sido la isoterma m!s

ampliamente utilizado para la biosorcin de un soluto a partir de una

solucin lquida" n supuesto b!sico de la teora de Langmuir es que la

sorcin tiene lugar en sitios especDcos dentro de la %omogneas

sorbente"


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del adsorbente (mg 1 g) yKL es la constante de biosorcin Langmuir

(L 1 mg) en relacin con la energa libre de biosorcin" 0 indica la relacin

lineal entre la cantidad (mg) de Cd (II) y Cr (III) iones absorbida por

unidad de masa (g) de H" splendens biomasa frente a la concentracin

de Cd (II) y Cr (III) en iones restante solucin (mg 1 L)" #e encontr quelos coeDcientes de determinacin (/) a ser B3 y B. para el Cd (II)

y Cr (III) biosorcin respectivamente"


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tanto se puede concluir que el modelo de isoterma de Langmuir me+or

equipado los datos de equilibrio ya que presenta valores m!s altos /"

Los datos de equilibrio tambin se sometieron a la isoterma de &'

modelo para determinar la naturaleza de los procesos de biosorcin

como fsica o qumica" La isoterma de absorcin de &' es m!s general

que la isoterma de Langmuir como su derivacin no se basa en

supuestos ideales como equipotente de los sitios de adsorcin laausencia de impedimento estrico entre sorbidos y entrantes partculas

y %omogeneidad de superDcie en el nivel microscpico :02;" La

presentacin lineal de la ecuacin de isoterma de &' :00; se e,presa

por

lnqe=lnqm 2

(2)

dondeqe es la cantidad de iones met!licos adsorbidos sobre por

unidad de peso de la biomasa (mol 1 L) la capacidad de biosorcin qm

m!,ima (mol 1 g) W el coeficiente de actividad relacionada con la

biosorcin signiDca energa libre (mol/1O/) y X es el potencial de Molanyi (X

R ln(3U 31Ce))"


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&4& Cintica de biosorcin

La prediccin de la tasa de biosorcin da informacin importante para el

dise8o de sistemas de lotes de biosorcin" Informacin sobre la cintica

de la absorcin de contaminantes se requiere para la seleccin de las

condiciones ptimas de operacin para el proceso por lotes a granescala" 9 Dn de aclarar la cintica de biosorcin de Cd (II) y Cr (III) los

iones en la biomasa splendens H" dos modelos cinticos que son

pseudo'primer orden y pseudo'segundo orden modelo de Lagergren se

aplicaron a los datos e,perimentales"

La forma lineal de la ecuacin de velocidad de pseudo'primer orden por

Lagergren :0A; se da como

ln (qeqt)=lnqek1t

dondeq t y

qe (mg1g) son las cantidades de los iones met!licos biosorbed

en equilibrio (mg1g) y t (min) respectivamente y 3 es la constante de

velocidad de la ecuacin (min'3)" Las constantes de velocidad de biosorcin

(N3) se pueden determinar e,perimentalmente mediante el trazado de

ln (qeq t) en funcin de t"

Las parcelas deln (qeq t) en funcin de t para el modelo de pseudo'primer

orden no se mostraron como Dgura porque los coeDcientes de determinacin

para este modelo a temperaturas estudiadas es ba+a" #e puede concluir a partir

de los valores de /en la abla / que los mecanismos de biosorcin de Cd (II) y

Cr (III) en la biomasa iones H" splendens no sigue el modelo cintico de pseudo'

primer orden" Mor otra parte a partir de la abla / se puede observar que los

valores e,perimentales deqe, exp no est!n en buen acuerdo con los valores

tericos calculados ( qe, cal ) de la ecuacin" (=)" Mor lo tanto el modelo pseudo

'primero'Dn no es adecuado para el modelado de la biosorcin de Cd (II) y Cr

(III) en H" splendens"


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Los datos e,perimentales tambin fueron probados por el modelo cintico de

pseudo'segundo orden que se da en la forma siguiente :0;P

t

qt=

1

k2qe2+( 1qe)t (>)

dondek2 (g1mg min) es la constante de velocidad de la ecuacin de

segundo orden cuarto de galn (mg1g) es la cantidad de tiempo de biosorcin t

(min) yqe es la cantidad de equilibrio de biosorcin (mg1g)"


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respectivamente" Las constantes de velocidad (/) los valores de /y qese dan en la abla /"


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La entalpa (4H) y la entropa (4#) par!metros se estimaron a partir de

la siguiente ecuacin

lnKD= S

R

H

RT ()

&e acuerdo con la ecuacin" () el (4H) y (4#) par!metros se pueden

calcular a partir de la pendiente y la interseccin de la gr!Dca de lnKD

frente a 31 rendimientos respectivamente ($ig" )" #e calcul cambio

de energa libre de 5ibbs 45 para ser'3="A '30"B '3."> y 3/"3 O 1 mol

para Cd (II) biosorcin y '/B> '3= '3A= '3> y O1mol para la

biosorcin de Cr (III) en /B .B 2B y 0B C respectivamente" La

negativa 45 valores indicados naturaleza termodin!micamente factible

y espont!nea de la biosorcin" La disminucin de los valores 45 con

aumento de la temperatura muestra una disminucin en la viabilidad de

biosorcin a temperaturas m!s altas"


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tambin lleg a la conclusin de que el H" splendens es una biomasa

eDcaz y alternativo para la eliminacin de Cd (II) y Cr (III) iones de

solucin acuosa debido a su capacidad de biosorcin razonable y su

bienestar de los disponibles natural y abundante y por lo tanto rentable"

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