Biosorción de níquel divalente por materiales biológicos inactivos

Abstract

ABSTRACT: Nickel is a heavy metal widely used in several industrial processes. This metal causes serious environmental and public health problems; for this reason it is convenient to treat the industrial wastewaters polluted with nickel before discharging them to water bodies and/or soil. Biosorption is a potential alternative for the treatment of industrial effluents and aquatic ecosystems polluted with heavy metals. In this work, an inactive biological material capable of removing divalent nickel from aqueous solutions was selected. Furthermore, the biosorption process catalyzed by the selected biomaterial was kinetically characterized and mathematically modeled. Of the 36 inactive biological materials tested in this work, shrimp head was the one that exhibited the best divalent nickel biosorption characteristics, so this material was selected to carry out further studies. The shrimp head was subjected to different chemical pretreatments with the purpose of increasing its metal biosorption capacity. Most of the tested pretreatments had a negative effect on nickel biosorption; nevertheless, the pretreatment of shrimp head with NaOH 0.5 N at boiling temperature for 15 minutes significantly increased its capacity, which was 134% higher than that of the untreated-biological material. The highest divalent nickel biosorption capacities by 0.5 N NaOH-pretreated shrimp head were obtained at an initial pH of 7.0. The divalent nickel removal kinetic profiles exhibited by the shrimp head were satisfactorily described by a pseudo-second-order model, which suggests that the metal is chemically retained by the biological material. Langmuir model adequately represented the nickel biosorption isotherm and the maximum nickel removal capacity predicted by this model (104.22 mg/g) was closer to the obtained experimentally (96.77 mg/g). The results suggest that the 0.5 N NaOH-pretreated shrimp head could be potentially useful for the removal of divalent nickel ions from aqueous solutions.

RESUMEN: El níquel es un metal pesado ampliamente utilizado en diversos procesos industriales. Este metal ocasiona serios problemas de contaminación ambiental y de salud pública, por lo que es conveniente aplicar un tratamiento a las aguas residuales industriales que lo contienen antes de descargarlas en los cuerpos de agua y/o en el suelo. La biosorción es una alternativa potencial para el tratamiento de efluentes industriales y de ecosistemas acuáticos contaminados con metales pesados, por lo que en el presente trabajo se seleccionó un material biológico inactivo capaz de biosorber níquel divalente de soluciones acuosas. Además, se caracterizó y se modeló matemáticamente el proceso de biosorción del metal por el material seleccionado. De los 36 materiales biológicos inactivos ensayados en el presente trabajo, la cabeza de camarón fue la que exhibió las mejores características de biosorción de níquel divalente, por lo que este material se seleccionó para realizar estudios posteriores. La cabeza de camarón se sometió a diferentes pretratamientos químicos con la finalidad de incrementar su capacidad de biosorción del metal. La mayoría de los pretratamientos ensayados tuvieron un efecto negativo sobre la biosorción de níquel; sin embargo, el pretratamiento de la cabeza del camarón con NaOH 0.5 M a temperatura de ebullición durante 15 minutos incrementó significativamente su capacidad, la cual fue 134% superior a la del material biológico sin pretratamiento. Las capacidades más altas de biosorción de níquel divalente por la cabeza de camarón pretratada con NaOH se obtuvieron a un pH inicial de 7.0. Los perfiles cinéticos de remoción de níquel divalente exhibidos por la cabeza de camarón fueron descritos satisfactoriamente por un modelo de pseudo-segundo orden, lo que sugiere que el metal es retenido químicamente por el material biológico. El modelo de Langmuir representó adecuadamente la isoterma de sorción de níquel y la capacidad máxima de remoción del metal predicha por este modelo (104.22 mg/g) fue cercana a la obtenida experimentalmente (96.77 mg/g). Los resultados sugieren que la cabeza de camarón pretratada con NaOH 0.5 M podría ser potencialmente útil para la remoción de níquel divalente de soluciones acuosas.