Biosorción de Fe(III) a partir de harina de nopal Opuntia ficus-indica (L.) Mill

Abstract

RESUMEN: Muchos cuerpos de aguas a nivel mundial muestran un nivel crítico de toxicidad debido a la presencia de metales pesados disueltos, entre los cuales destacan el hierro (Fe), plomo (Pb) y cadmio (Cd). Los metales pesados provocan efectos negativos a la salud de los seres humanos que consumen estas aguas; debido a ello, la contaminación de cuerpos de agua por metales pesados es una de las razones principales que exige la implementación de nuevas estrategias para la remoción de estos contaminantes, mediante técnicas y materiales amigables con el medio ambiente. Por lo anterior, el objetivo de este trabajo fue estudiar la capacidad de adsorción de iones metálicos de Fe(III) presentes en aguas sintéticas mediante harina de nopal (H.N.) Opuntia ficus-indica (L.) Mill. de la variedad de Milpa alta. El proceso se adsorción de Fe(III) disuelto en agua a partir de H.N. se llevó a cabo usando el método de jarras y se evaluaron parámetros como concentración de H.N, concentración inicial de Fe(III) en el agua, tiempo de contacto y tamaño de partícula de la H.N. Ésta se analizó mediante químico proximal, espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (FTIR) para identificar los principales grupos funcionales, microscopia óptica y electrónica de barrido para determinar el tamaño de partícula. Los experimentos de adsorción de Fe(III) se hicieron a un pH de 4.3, el cual se determinó mediante análisis de potencial Z. Los resultados de adsorción mostraron porcentajes de remoción superiores al 99% para todas las concentraciones iniciales de Fe(III) estudiadas con tiempos de contacto de 60 min, éste resultado fue atribuido a los grupos funcionales como hidroxilo, carbonilo, carboxilo, entre otros y a las cavidades físicas presentes en la H.N. También se observó un efecto del tamaño de partícula de la H.N. en el porcentaje de remoción para tiempos de contacto menores a 10 min. Los resultados experimentales del proceso de adsorción se ajustaron para ambos modelos matemáticos de isotermas de adsorción de Langmuir y de Freundlich, así como para modelos cinéticos de pseudo primer y segundo orden; sin embargo las constantes de afinidad fueron mayores para Freundlich y de pseudo segundo orden, por lo cual el fenómeno de bioadsorción de Fe(III) en sistemas H.N. ̶ Fe(III) se debe al fenómeno de multicapa y mecanismos de quimisorción, sugiriendo una complejidad y gran cantidad altamente biodisponible de los sitios activos responsables del intercambio ionio. ABSTRACT: Many water bodies worldwide show a critical level of toxicity due to the presence of dissolved heavy metals, among which iron (Fe), lead (Pb) and cadmium (Cd) stand out. Heavy metals cause negative effects on the health of humans who consume these waters; therefore, the contamination of water bodies by heavy metals is one of the main reasons that requires the implementation of new strategies for the removal of these pollutants, using environmentally friendly techniques and materials. Therefore, the objective of this work was to study the adsorption capacity of Fe(III) metal ions present in synthetic waters by means of Opuntia ficus-indica (L.) Mill. cactus flour (H.N.) of the Milpa alta variety. The adsorption process of dissolved Fe(III) in water from N.H. was carried out using the jar method and parameters such as concentration of N.H., initial concentration of Fe(III) in water, contact time and particle size of N.H. were evaluated. N.H. was analyzed by proximate chemistry, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) to identify the main functional groups, optical and scanning electron microscopy to determine the particle size. The Fe(III) adsorption experiments were performed at pH 4.3, which was determined by Z-potential analysis. The adsorption results showed removal percentages higher than 99% for all the initial concentrations of Fe(III) studied with contact times of 60 min, this result was attributed to the functional groups such as hydroxyl, carbonyl, carboxyl, among others, and to the physical cavities present in the N.H. An effect of the particle size of the N.H. on the removal percentage was also observed for contact times of less than 10 min. The experimental results of the adsorption process were adjusted for both mathematical models of Langmuir and Freundlich adsorption isotherms, as well as for pseudo first and second order kinetic models; However, the affinity constants were higher by Freundlich and also by pseudo second order, for which the phenomenon of Fe (III) bioadsorption in HN ̶ Fe (III) systems is due to the multilayer phenomenon and chemisorption mechanisms, suggesting that the active sites responsible for ion exchange comprise complexity and high availability.