Aplicación de perlas de quitosano modificado con hierro para adsorción de mercurio en soluciones acuosas.

Abstract

El quitosano es un biopolímero que se obtiene a partir de las cáscaras del camarón mediante un tratamiento químico o enzimático, el cual tiene aplicación en procesos de adsorción de iones metálicos, entre ellos el mercurio, que es un metal pesado tóxico y perjudicial para la salud. Además, el quitosano es un biosorbente económico, eficiente y amigable con el medio ambiente, que es utilizado en industrias farmacéuticas, de alimentos, textil, así como también en la preparación de cosméticos, la agricultura, etc. Debido a las propiedades que posee el quitosano, es posible convertirlo a diversas formas (perlas, membranas, nanopartículas, geles) y modificarlo para aumentar su capacidad de adsorber iones metálicos. De acuerdo a lo anterior, el objetivo de esta investigación es adsorber mercurio utilizando perlas de quitosano modificado con hierro [ChiFer (III)], para evaluar su capacidad y velocidad de adsorción. Se utilizó ChiFer (III) secado al aire y ChiFer (III) liofilizado, proveído por el Grupo de Técnicas de Separación y Tratamiento de Residuos Industriales (SETRI) de la Universidad Politécnica de Cataluña. Para realizar el estudio de adsorción, primeramente, se procedió a realizar un estudio de pH, con soluciones de Hg (50 ppm) a pH 2, 3, 4, 5 y 6, durante 48 horas a 200 rpm con 20 mg de ChiFer (III); para determinar el medio adecuado en el que se produjo el mayor porcentaje de adsorción. Se conoce que a pH muy ácidos se produce la protonación de los grupos quelantes del adsorbente, y a pH alcalino precipitan los metales. Con el pH óptimo obtenido se procedió a realizar las experimentaciones para la construcción de las curvas de isotermas y cinética de adsorción. En la literatura se encontró varios modelos matemáticos que se utilizan para ajustar los datos experimentales de isotermas de equilibrio y así mismo para describir la cinética de adsorción. En el presente estudio, se ajustaron los datos experimentales de las isotermas de adsorción a los modelos de Langmuir y Freundlich. En el caso de los datos de adsorción para cinética se ajustó a los modelos matemáticos de pseudo primer y pseudo segundo orden, con la finalidad de conocer el mecanismo dominante del sistema. Las capacidades de adsorción para ChiFer (III) secado al aire y liofilizado fueron altas comparadas con otros adsorbentes sintetizados con quitosano, siendo estas 311 mg Hg g-1 ChiFer (III) secado al aire y 399 mg Hg g-1 ChiFer (III) liofilizado. Además, los datos de adsorción se ajustaron al modelo cinético de pseudo segundo orden, el mismo que permitió conocer la constante de velocidad para cada material adsorberte, siendo 0,00009 g mg-1 min-1 para ChiFer (III) secado al aire y 0,0000735 g mg-1 min-1 para ChiFer (III) liofilizado. En este trabajo se demostró que el ChiFer (III) secado al aire y ChiFer (III) liofilizado son materiales eficientes para la adsorción de Hg, con capacidades de adsorción altas. El ChiFer (III) secado al aire se ajustó al modelo de Langmuir y el ChiFer (III) liofilizado al modelo de Freundlich, dando a conocer que la adsorción de Hg se efectúa en monocapa y en multicapas respectivamente.