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UNIVERSIDAD PRIVADA AUTÓNOMA DEL SUR
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA PROFESIONAL DE FARMACIA Y BIOQUÍMICA
TESIS
“EFECTO DEL pH EN LA REMOCIÓN DE CROMO HEXAVALENTE DE
MEDIOS ACUOSOS A ESCALA DE LABORATORIO USANDO BIOMASA
DE PSEUDOTALLO DE Musa paradisiaca (BANANO)”
PRESENTADA POR:
BACH. HUALLPA BARRIOS DANIELA FERNANDA
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE
QUÍMICO FARMACÉUTICO
ASESORA:
MSc. Ing. BETTY SALAZAR PINTO
AREQUIPA – PERÚ
2019
UNIVERSIDAD PRIVADA AUTÓNOMA DEL SUR
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
CARRERA PROFESIONAL DE FARMACIA Y BIOQUÍMICA
TESIS
“EFECTO DEL pH EN LA REMOCIÓN DE CROMO HEXAVALENTE DE
MEDIOS ACUOSOS A ESCALA DE LABORATORIO USANDO BIOMASA
DE PSEUDOTALLO DE Musa paradisiaca (BANANO)”
PRESENTADA POR:
BACH. HUALLPA BARRIOS DANIELA FERNANDA
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
QUÍMICO FARMACÉUTICO
APROBADO POR:
PRESIDENTE DEL JURADO: Dr. Benjamín Paz Aliaga
PRIMER MIEMBRO DEL JURADO: Mg. Elena Gárate de Dávila
SEGUNDO MIEMBRO DEL JURADO: Mg. Carmen Burgos Macedo
I
DEDICATORIA
A Dios, por iluminar cada paso que doy, por darme salud y permitirme llegar
hasta esta etapa de mi formación profesional.
A mis queridos padres Julio y Mirian, a ustedes que me enseñaron a no darme
por vencida ante los tropiezos, por todo su amor y todos sus consejos para hacer
de mí una mejor persona y porque su trabajo y esfuerzo por darme la mejor
educación, hoy se ven recompensados con la culminación de mi tesis.
A mis hermanos Juan, Julio y Milagros, porque ustedes fueron mi dosis de
motivación diaria.
A la memoria de mi abuela María Arias y mi tío Juan Carlos, ya que por ella me
incline a estudiar esta hermosa carrera, y a mi tío Juan Carlos a quien llevo en
el corazón desde hace 19 años, a ustedes que me cuidan desde el cielo.
A mi pareja por su apoyo, sus consejos, su optimismo, su amor y motivación para
la elaboración de esta tesis.
II
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios por estar presente en cada día de mi vida, por permitirme
disfrutar de mis padres, mis hermanos y amigos quienes fueron participes en el
desarrollo de toda mi carrera.
A todos mis familiares que me dieron la mano cuando los necesite.
A mi asesora de tesis MSc. Ing. Betty Salazar Pinto por el apoyo brindado en
este trabajo.
Agradecida con la Q.F. Celia Choquenaira, con quien inicie este trabajo y trabaje
la parte experimental de esta tesis.
III
RESUMEN
Existen diversos factores que podrían influir en los procesos de adsorción,
principalmente el pH, importante en la eficiencia del proceso para adsorber
metales de medios acuosos. Por tal motivo, la presente investigación tuvo por
objetivo el estudio de la influencia del pH en la remoción de Cr (VI) de medios
acuosos usando biomasa de pseudotallo de banano con la finalidad de
establecer un pH óptimo en el proceso de adsorción. Para lo cual, se realizaron
ensayos de adsorción a pH 2, 4, 6, 8 y 10 usando 2 g de pseudotallo de banano
con tamaño de partícula de 75-150 µm, en una solución de 300 mL de Cr (VI) a
150 mg/L aproximadamente, durante 90 min. Los resultados mostraron el
siguiente orden de remoción: 96.45 % (pH 2) > 66.45 % (pH 4) >55.31 % (pH 6)
>52.71 % (pH 8) > 51.09 % (pH 10). Asimismo, a pH 2, el proceso de adsorción
se ajustó a una cinética de primer orden con un R2 de 0.9695. En conclusión, a
medida que el pH disminuye, el pseudotallo incrementa su capacidad de
adsorción de Cr (VI) obteniendo un pH óptimo de 2; lo que indica su potencial
uso en la descontaminación de aguas.
Palabras clave. Pseudotallo de banano, pH, Cinética, Cr (VI)
IV
ABSTRACT
There are several factors that could influence adsorption processes, mainly pH,
important in the efficiency of the process to adsorb metals from aqueous media.
For this reason, this research aimed to study the influence of pH on the removal
of Cr (VI) from aqueous media using banana pseudo-total biomass in order to
establish an optimal pH in the adsorption process. For which, adsorption tests
were carried out at pH 2, 4, 6, 8 and 10 using 2 g of banana pseudo-total particle
size of 75-150 µm, in a solution of 300 mL of Cr (VI) at 150 mg / L approximately,
for 90 min. The results showed the following removal order: 96.45% (pH 2)>
66.45% (pH 4)> 55.31% (pH 6)> 52.71% (pH 8)> 51.09% (pH 10). Also, at pH 2,
the adsorption process was adjusted to a first order kinetics with an R2 of 0.9695.
In conclusion, as the pH decreases, the pseudo total increases its Cr (VI)
adsorption capacity obtaining an optimum pH of 2; indicating its potential use in
water decontamination.
Keywords. “pseudotallo de banano”, pH, hexavalent chromium
V
CONTENIDO
DEDICATORIA ............................................................................................. i
AGRADECIMIENTO ..................................................................................... ii
RESUMEN ................................................................................................... iii
ABSTRACT .................................................................................................. iv
ÍNDICE DE TABLAS .................................................................................... x
ÍNDICE DE ABREVIATURAS ...................................................................... xi
INTRODUCCIÓN ........................................................................................ xii
CAPÍTULO I ................................................................................................. 1
EL PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN ................................................... 1
1.1. Planteamiento del problema de investigación .................................... 1
1.2. Formulación del problema .................................................................. 1
1.2.1. Problema principal ............................................................................. 1
1.2.2. Problema secundario ......................................................................... 2
1.3. Objetivos de la investigación .............................................................. 2
1.3.1. Objetivo general ................................................................................ 2
1.3.2. Objetivos específicos ......................................................................... 2
1.4. Justificación del estudio ..................................................................... 3
CAPÍTULO II ................................................................................................ 4
MARCO TEÓRICO ...................................................................................... 4
2.1. Antecedentes Investigativos .............................................................. 4
2.1.1. A nivel internacional .......................................................................... 4
2.1.2. A nivel Nacional ................................................................................. 5
2.1.3. A nivel Local ...................................................................................... 5
2.2. Base teórica ....................................................................................... 6
2.2.1. Curtiembres ....................................................................................... 6
2.2.2. Cromo ................................................................................................ 6
VI
A. Generalidades ................................................................................... 6
B. Toxicología ........................................................................................ 7
C. Efectos sobre la Salud ....................................................................... 8
D. Valores permisibles ........................................................................... 8
2.2.3. Biosorción .......................................................................................... 9
A. Mecanismos de Biosorción .............................................................. 10
B. Aspectos teóricos de la adsorción ................................................... 10
2.2.4. Banano ............................................................................................ 10
2.2.4.1. Clasificación taxonómica del banano ............................................ 11
A. Morfología ....................................................................................... 11
2.2.5. Método de determinación de Cromo con 1.5 – difenilcarbazida ...... 13
2.2.6. Espectrofotometría .......................................................................... 14
2.3. Hipótesis .......................................................................................... 14
2.3.1. Hipótesis principal ........................................................................... 14
2.3.2. Hipótesis secundaria ....................................................................... 15
2.4. Variables .......................................................................................... 15
2.4.1. Variable independiente .................................................................... 15
2.4.2. Variable dependiente ....................................................................... 15
2.4.3. Operacionalización de variables ...................................................... 16
CAPITULO III ............................................................................................. 17
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ................................................ 17
3.1. Tipo y nivel de investigación ............................................................ 17
3.2. Descripción del ámbito de la investigación ...................................... 17
3.2.1. Ubicación espacial ........................................................................... 17
3.2.2. Ubicación temporal .......................................................................... 17
3.3. Población y muestra ........................................................................ 17
3.4. Técnicas e instrumentos para la recolección de datos .................... 18
VII
3.4.1. Materiales, equipos y reactivos ....................................................... 18
3.4.2. Recolección y procesamiento del adsorbente ................................. 19
3.4.3. Determinación de Cr (VI) por espectrofotometría ............................ 21
3.4.3.1. Linealidad ..................................................................................... 21
3.4.4. Evaluación del efecto del pH ........................................................... 22
CAPÍTULO IV ............................................................................................. 23
RESULTADOS ........................................................................................... 23
4.1. Recolección y procesamiento del adsorbente .................................. 23
4.2.1. Linealidad ........................................................................................ 24
4.3. Evaluación del efecto de pH 2 en la remoción de Cr (VI)................. 25
4.4. Efecto del pH=4 en la remoción de Cr (VI) ...................................... 29
4.5. Efecto del pH=6 en la remoción de Cr (VI) ...................................... 32
4.6. Efecto del pH=8 en la remoción de Cr (VI) ...................................... 36
4.7. Efecto del pH=10 en la remoción de Cr (VI) .................................... 39
4.8. Comparación de efecto de los pH .................................................... 43
4.9. Tiempo medio de remoción de Cr (VI) a diferentes pH .................... 44
4.10. Modelamiento cinético de la remoción de Cr (VI) con biomasa de
pseudotallo de banano ............................................................................... 44
CAPÍTULO V .............................................................................................. 46
DISCUSIÓN ............................................................................................... 46
CONCLUSIONES ...................................................................................... 49
RECOMENDACIONES .............................................................................. 50
BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................... 51
ANEXOS .................................................................................................... 58
VIII
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Especiación del cromo a diferentes pH ............................................... 7
Figura 2. Partes de la Platanera ....................................................................... 13
Figura 3. Estructura del Difenilcarbazida .......................................................... 13
Figura 4. Espectrofotómetro ............................................................................. 14
Figura 5. Recolección de Pseudotallo de banano ............................................ 19
Figura 6. Molino modificado para uso industrial ............................................... 20
Figura 7. Serie de tamices estándar (ASTM) ................................................... 20
Figura 8. Soluciones estándar de Cr (VI) para la curva de calibración ............. 21
Figura 9. Sistema de agitacion Batch ............................................................... 22
Figura 10. Psudotallo pulverizado tamaño 75 – 150 µm .................................. 23
Figura 11. Gráfico de calibración para la determinación de Cr (VI) .................. 25
Figura 12. Porcentaje de Cr (VI) en el medio y porcentaje de Cr (VI) removido
en función del tiempo a pH=2 ........................................................................... 26
Figura 13. Cinética de primer orden de la remoción de Cr (VI) en función del
tiempo a pH=2. ................................................................................................. 28
Figura 14. Cinética de segundo orden de la remoción de Cr (VI) en función del
tiempo a pH=2. ................................................................................................. 28
Figura 15. Porcentaje de Cr (VI) en el medio y porcentaje de remoción Cr (VI)
en función del tiempo a pH=4. .......................................................................... 30
Figura 16. Cinética de primer orden de la remoción de Cr (VI) en función del
tiempo a pH=4. ................................................................................................. 31
Figura 17. Cinética de segundo orden de la remoción de Cr (VI) en función
del tiempo a pH=4. ........................................................................................... 32
Figura 18. Porcentaje de Cr (VI) en el medio (t90’ = 44.69 %) y porcentaje de
Cr (VI) removido (t90’ = 55.31 %) en función del tiempo a pH=6. .................... 34
Figura 19. Cinética de primer orden de la remoción de Cr (VI) en función del
tiempo a pH=6. ................................................................................................. 35
Figura 20. Cinética de segundo orden de la remoción de Cr (VI) en función
del tiempo a pH=6. ........................................................................................... 35
Figura 21. Porcentaje de Cr (VI) en el medio (t90’ = 47.29 %) y porcentaje de
Cr (VI) removido (t90’ = 52.71 %) en función del tiempo a pH=8. .................... 37
file:///C:/Users/LENOVO/Desktop/TESIS%20SUSTENTAR%2018-2.docx%23_Toc32962650file:///C:/Users/LENOVO/Desktop/TESIS%20SUSTENTAR%2018-2.docx%23_Toc32962651file:///C:/Users/LENOVO/Desktop/TESIS%20SUSTENTAR%2018-2.docx%23_Toc32962654file:///C:/Users/LENOVO/Desktop/TESIS%20SUSTENTAR%2018-2.docx%23_Toc32962655file:///C:/Users/LENOVO/Desktop/TESIS%20SUSTENTAR%2018-2.docx%23_Toc32962656file:///C:/Users/LENOVO/Desktop/TESIS%20SUSTENTAR%2018-2.docx%23_Toc32962658file:///C:/Users/LENOVO/Desktop/TESIS%20SUSTENTAR%2018-2.docx%23_Toc32962659
IX
Figura 22. Cinética de primer orden de la remoción de Cr (VI) en función del
tiempo a pH=8. ................................................................................................. 38
Figura 23. Cinética de segundo orden de la remoción de Cr (VI) en función
del tiempo a pH=8. ........................................................................................... 39
Figura 24. Porcentaje de Cr (VI) en el medio (t90’ = 48.91 %) y porcentaje de
Cr (VI) removido (t90’ = 51.09 %) en función del tiempo a pH=10. .................. 40
Figura 25. Cinética de primer orden de la remoción de Cr (VI) en función del
tiempo a pH=10. ............................................................................................... 42
Figura 26. Cinética de segundo orden de la remoción de Cr (VI) en función del
tiempo a pH=10. ............................................................................................... 42
Figura 27. Remoción expresada en porcentaje de Cr (VI) a pH=2, 4, 6, 8 y 10
usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente. Mayor eficiencia
a pH=2 (96.45 %). ............................................................................................ 44
Figura 28. Modelo matemático exponencial de decaimiento (ExpDec2) en la
remoción de Cr (VI) usando biomasa de pseudotallo de banano como
adsorbente a pH óptimo (pH=2) con R2=0.99685. ........................................... 45
X
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Límites máximos permisibles y valores referenciales para las
actividades industriales de curtiembre. .............................................................. 9
Tabla 2. Operacionalización de variables ......................................................... 16
Tabla 3. Resultados de la curva de calibración para la determinación de
Cr (VI) .............................................................................................................. 24
Tabla 4. Efecto del pH=2 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos
usando biomasa de pseudotallo de banano. .................................................... 25
Tabla 5. Cinética de primer (ln[C]) y segundo (1/[C]) orden de la concentración
de Cr (VI) [C] en función del tiempo de agitación a pH=2 usando biomasa de
pseudotallo de banano como adsorbente. ....................................................... 27
Tabla 6. Efecto del pH=4 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos
usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente. ..................... 29
Tabla 7. Cinética de primer (ln[C]) y segundo (1/[C]) orden de la remoción
de Cr (VI) [C] a pH 4 usando pseudotallo de banano. ...................................... 31
Tabla 8. Efecto del pH=6 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos
usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente. ....................... 33
Tabla 9. Cinética de primer (ln[C]) y segundo (1/[C]) orden de la remoción
de Cr (VI) [C] a pH=6 usando pseudotallo de banano. ..................................... 34
Tabla 10. Efecto del pH=8 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos
usando residuos de banano como adsorbente................................................. 36
Tabla 11. Cinética de primer (ln[C]) y segundo (1/[C]) orden de la remoción
de Cr (VI) [C] a pH=8 usando pseudotallo de banano. ..................................... 38
Tabla 12. Efecto del pH=10 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos. .... 40
Tabla 13. Cinética de primer (ln[C]) y segundo (1/[C]) orden de la
concentración de Cr (VI) [C] en función del tiempo de agitación a pH=10
usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente. ....................... 41
Tabla 14. Efecto del pH=2 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos
usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente. ....................... 43
Tabla 15. Remoción de 50% de Cr (VI) en el medio. ....................................... 44
XI
ÍNDICE DE ABREVIATURAS
Cr: Cromo
DBO: Demanda Bioquímica de Oxigeno
DPPH: 2,2-difenil-1-picrilhidrazilo
DQO: Demanda Química de Oxigeno
IARC: International Agency for Research on Cancer
Pb: Plomo
ROS: Reactive Oxygen Species
XII
INTRODUCCIÓN
Diversas industrias y plantas de fabricación, como curtiembres, pinturas y
pigmentos, galvanoplastia, procesamiento de metales, conservantes de madera,
textiles, industria de tintes, fabricación de acero y enlatado, utilizan Cromo para
diversas aplicaciones y descargan grandes cantidades en el medio ambiente
(1,2).
Los metales pesados se producen en grandes cantidades durante las
actividades industriales contaminando así el medio ambiente. Los iones
metálicos no son biodegradables y muchos de ellos son solubles en medios
acuosos y fácilmente disponibles para los organismos vivos. Los metales
pesados provocan una serie de trastornos en plantas y animales, de allí la
necesidad de su eliminación de medios acuosos es una tarea importante (3,4).
El Cromo existe en medios acuosos en dos estados de oxidación, Cr (VI)
hexavalente y Cr (III) trivalente y su toxicidad depende de los mismos. En una
solución, el Cr (VI) existe en varias formas dependiendo del pH, como Cromato
(CrO42-), Hidrocromato (HCrO4-) o Dicromato (Cr2O72-) (5). En la sangre humana,
el Cromo solo existe como Cr (III), responsable del mantenimiento del
metabolismo sanguíneo (6).
El Cromo y sus compuestos ingresan al cuerpo a través de la respiración, la
comida, la bebida o el contacto con la piel. Los efectos tóxicos de Cr (VI) incluyen
erupciones cutáneas, hemorragia nasal, infección del tracto respiratorio, sistema
inmunitario debilitado, enfermedades hepáticas y cáncer de pulmón (7).
Existen numerosos métodos disponibles para la eliminación de metales pesados
de soluciones acuosas que incluyen precipitación química, intercambio iónico,
ultrafiltración, ósmosis inversa y adsorción. Sin embargo, estos métodos tienen
algunas limitaciones debido a la producción de desechos secundarios, gran
cantidad de formación de desechos y altos costos operativos (8,9,7). En
contraste, la adsorción es más ventajosa que los otros métodos debido a su
diseño de operación simple con ambiente libre de lodos y bajo costo (10,11).
XIII
Varios investigadores utilizan los materiales celulósico y lingocelulósico como
adsorbentes eficientes debido a su mayor capacidad de adsorción de iones
metálicos (12,13). Los productos y subproductos agrícolas contienen celulosa,
lignina, pectina y varios otros compuestos que tienen grupos funcionales
potenciales como el hidroxilo, carbonilo, amino, andalcoxi carboxílico, que tienen
una gran afinidad por los iones metálicos (14). En los adsorbentes crudos, varios
compuestos viscosos como la lignina y la pectina ocupan los poros de las fibras
de celulosa (15).
El banano es uno de los cultivos más importantes del mundo cultivado por más
de 130 países. India, China, Uganda, Filipinas, Ecuador, Brasil, Indonesia,
Colombia, Camerún y Ghana fueron los diez principales países productores de
bananas del mundo en 2012. En India, la producción de bananas en 2012 fue de
aproximadamente 24.9 millones de toneladas, mientras que la producción
mundial total de bananas durante 2012 fue de aproximadamente 139.2 millones
de toneladas (16). Varios grupos de investigadores han usado cáscaras de
plátano, tallos de plátano crudos y tratados químicamente para la eliminación de
iones tóxicos de metales pesados de soluciones acuosas y aguas residuales
industriales (17,18,19,20). En el presente trabajo, se utilizó el pseudotallo de
banano para remover el Cr (VI) de medios acuosos a escala de laboratorio.
1
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN
1.1. Planteamiento del problema de investigación
El Cr (VI) resulta de uso versátil en múltiples tipos de aplicaciones industriales (21);
así por ejemplo, se sabe que está involucrado la fabricación de productos químicos,
cuero y textiles, el electro pintura entre otras (22), dichas actividades industriales
podría conllevar a múltiples consecuencias de contaminación ya sea de aguas y
suelos (23,24). Por tal motivo resulta peligroso, ya que el Cr (VI) es uno de los
metales pesados tóxicos con alta movilidad en el suelo y en el agua subterránea
que puede producir efectos dañinos en organismos como los humanos o
ecosistemas aledaños que tomen contacto con el medio contaminado (25,26).
El problema viene siendo estudiado usando diversos métodos y técnicas para evitar
que el Cr (VI) tome contacto con aguas y suelos, con el objetivo de una limpieza
ambiental o el uso de tecnologías limpias para evitar una posible contaminación
(27). Es así que el uso de biosorbentes sería una alternativa ideal para captar el
contaminante antes de eliminar los efluentes al medio ambiente (28).
En los estudios realizados indican que el pH es determinante en el proceso de
adsorción y las aguas residuales varían en cuanto a su pH ya que pueden existir
aguas con carácter ácido o básico y en Arequipa existen lagunas de oxidación
ubicadas en el parque industrial que no brindan el tratamiento adecuado a los
efluentes de curtiembre debido a la carga de materia orgánica que dificulta su
tratamiento (29), por ello, la remoción de Cromo antes de llegar a estas lagunas de
oxidación sería una alternativa para contrarrestar la contaminación.
1.2. Formulación del problema
1.2.1. Problema principal
- ¿Cómo afecta el pH en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos a escala de
laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano?
2
1.2.2. Problema secundario
- ¿Cuál es el efecto del pH=2 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos a
escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano?
- ¿Cuál es el efecto del pH=4 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos a
escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano?
- ¿Cuál es el efecto del pH=6 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos a
escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano?
- ¿Cuál es el efecto del pH=8 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos a
escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano?
- ¿Cuál es el efecto del pH=10 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos a
escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano?
- ¿Cuál es el pH óptimo en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos a escala
de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano?
1.3. Objetivos de la investigación
1.3.1. Objetivo general
- Evaluar el efecto del pH en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos a escala
de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano.
1.3.2. Objetivos específicos
- Determinar el efecto del pH=2 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos a
escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano.
- Determinar el efecto del pH=4 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos a
escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano.
- Determinar el efecto del pH=6 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos a
escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano.
- Determinar el efecto del pH=8 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos a
escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano.
3
- Determinar el efecto del pH=10 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos a
escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano.
- Identificar el pH óptimo en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos a escala
de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano
1.4. Justificación del estudio
El Cr (III) y Cr (VI) son las especies de Cromo más usadas en la actividad industrial
de diversa índole y a pesar de que el Cr (III) pareciera inofensivo por su baja
toxicidad, a cantidades elevadas y en contacto con sustancias oxidantes del medio
ambiente podría pasar a su forma tóxica el Cromo (VI) (28).
En la actualidad el tratamiento de efluentes industriales contaminados con Cr (VI)
se fundamenta en procesos de reducción, precipitación química, filtración e
intercambio iónico (30), que también aportarían con sustancia químicas al efluente,
además se generan residuos sólidos almacenados, causando un problema serio
adicional, que podría ser otra desventaja de usar estos tipos de tratamientos
(31,32).
De manera que, el presente proyecto plantea evaluar una alternativa, en la
remoción de Cr (VI) de aguas contaminadas basándose en antecedentes de uso
de residuos industriales y métodos físicos como el uso de, cascara de lima, carbón
activado, bagazo de caña, hojas de eucalipto, etc (33,34,35,36) mostrando
capacidad de adsorción de metales pesados debido a su estructura física
compuesta por grupos funcionales capaces de interaccionar con los metales
formando complejos o mediante atracción electrostática.
La mayor cantidad de investigaciones reportan que el pH afecta el proceso de
adsorción y teniendo en cuenta que los efluentes no están a un pH fijo (varían entre
pH ácidos y alcalinos), en la presente tesis se busca aportar con el estudio a
diferentes pH la capacidad del pseudotallo de banano para remover el Cr (VI)
presente en medios acuosos a escala de laboratorio.
4
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1. Antecedentes Investigativos
2.1.1. A nivel internacional
Ramírez et al. en el 2015 en la investigación “Remoción de Plomo (II) usando lignina
obtenida a partir del procesamiento del pseudotallo de plátano”. Se evaluó la
adsorción de iones Plomo (Pb2+) en lignina recuperada del licor residual que fue
generado en un proceso de obtención de papel a partir de pseudotallos (vástago)
de banano. La lignina fue caracterizada mediante espectroscopia de infrarrojo con
el objeto de identificar sitios activos adecuados para el proceso de adsorción de
metales pesados. La lignina recuperada después de su uso en adsorción mostró
un área superficial de 840 m2/g y un volumen total de poros de 0.30 cm3/g. Para
evaluar la capacidad de adsorción de la lignina respecto de la concentración inicial
de los iones, se prepararon soluciones de Pb2+ 0.6, 0.8 y 1.0 mM. Finalmente, se
determinó la concentración final de Pb2+ encontrando remociones de 55 % (37).
Espinosa y Mera en el 2015, evaluaron como alternativa de remoción de Cr (VI) a
la cascarilla de cacao, realizando estudios a diferentes tamaños de partícula, dando
lugar que la mayor capacidad de adsorción se logró a 115.28 mg de Cr/g de
adsorbente usando un tamaño de partícula entre 0.25 y 0.45 mm (38).
Acosta et al. en el 2008, en su trabajo de investigación de “Remoción de Cromo
(VI) en Solución Acuosa por la Biomasa Celular de Paecilomyces sp” usando como
fundamento de determinación de Cr (VI) la reacción con la difenilcarbazida
encontraron que alcanzó una mayor adsorción a pH cercanos a 1 esto a una
temperatura de 50 °C durante 16 horas concluyendo que es factible usar dicha
metodología para remediar la contaminación de nichos acuáticos, ya que 1 g de
biomasa fúngica logró remover 100 mg/200 mL del metal a las 3 horas de
incubación (39).
5
2.1.2. A nivel Nacional
Condeña en el 2017, en su tesis titulada “Recuperación de suelos contaminados
con Plomo mediante el uso de biocarbón de bagazo de caña de azúcar en el parque
Chota del AA.HH Ramón Castilla – Callao 2017”, realizó en su fase inicial la
cuantificación de Pb dando como resultado una concentración de 1792.22 ppm.
posteriormente elaboró biocarbon usando bagazo de caña de azúcar que
presentaba un 21.7 % de lignina y un pH inicial de 8.7, dicha investigación fue
realizada en suelos de 3 kilogramos de suelo enriquecido con el biocarbon en
proporciones de 3 %, 5 %, 10 % y 50 % para luego estudiar la capacidad de
adsorción de plomo en cada tratamiento (35).
Lagos en el 2016, en su tesis titulada “Bioadsorción de Cromo con borra de café en
efluentes de una industria curtiembre local” realizó estudios usando como
adsorbente la borra café como bioadsorbente para tratar los efluentes provenientes
de una curtiembre local. Logrando al final del estudio una remoción de Cromo del
efluente de 94.1 % de una concentración inicial de 158 mg/L. Concluyendo que es
factible utilizar la borra de café en el proceso final de tratamiento de agua para
garantizar que se cumpla con los límites máximos permisibles de Cromo en agua
(40).
Según, Muñiz en el 2016, en su investigación titulada “Eficiencia del biosorbente de
coronta de maíz para la adsorción del Cromo Hexavalente en aguas residuales de
la industria Curtiembre Huachipa – 2016” usaron como material adsorbente a la
coronta de con la finalidad de remover el Cr (VI) de efluentes de una industria de
curtiembre, dando como resultado final una remoción porcentual de 83.5 % a la
hora de tratamiento en sistema de agitación a 100 rpm. (41).
2.1.3. A nivel Local
Velázquez en el 2014, en su tesis titulada “Bioadsorción de Cromo Hexavalente en
aguas contaminadas sintéticamente mediante una biomasa de cáscara de lima
(Citrus aurantifolia) Arequipa – 2014” evaluó la bioadsorción de Cr (VI) en aguas
contaminadas se ha realizado a diferentes biomasas tratadas con diferentes
concentraciones de dicromato de potasio como fuente de Cr (VI), dando como
resultado final que la cáscara de lima remueve efectivamente Cr (VI) en solución,
6
donde se observa que a la concentración de 2 mg/L inicial, hay mayor adsorción
alcanzando el equilibrio a las 2 h de proceso y removiendo el cromo hexavalente
en un 93.5 % (33).
Dávila en el 2017, en su investigación titulada “Remoción de Cromo (VI) en medio
acuoso utilizando el endocarpio del fruto de la Olea europaea (Olivo), aplicando un
análisis factorial 2”, usó como adsorbente al endocarpio del fruto de la Olea
europaea (Olivo) para adsorber Cr (VI) obteniendo los mejores resultados de
adsorción de Cr (VI) con una cantidad de adsorbente de 3 g, pH 2, de una
concentración inicial de Cr (VI) de 10 mg/L y tamaño de partícula de 250 (42).
2.2. Base teórica
2.2.1. Curtiembres
El término curtiembre se adjudica al proceso en el cual las pieles de los animales
se transforman cuero, con la finalidad de evitar su degradación en función del
tiempo brindándole flexibilidad y resistencia (43).
El proceso de curtido involucra diversos pasos como el desencalado mediante el
cual se remueve la cal de la piel mediante un lavado para luego neutralizar la
presencia de ácidos orgánicos tamponados, azúcares y melazas, y ácido
sulfoftálico, luego se procede con la purga enzimática, piquelado que comprende la
preparación de la piel para el proceso de curtido, aplicando ácido fórmico y sulfúrico
en la mayoría de casos y finalmente el curtido en cuyo proceso se tratan las pieles
con sales de Cromo (44,45).
2.2.2. Cromo
A. Generalidades
Cromo cuyo símbolo en la tabla periódica es Cr, es un metal de color blanco a
plateado, brillante y resistente a la corrosión (46). Sus estados de oxidación son
+2, +3, +6. Desde el punto de vista toxicológico el Cr (VI) es el de más importancia
y puede estar en forma de sales de dicromato y cromato, así como ácido crómico
(47). Por otro lado, el Cr (III) es un oligoelemento que está implicado en procesos
7
bioquímicos como el metabolismo de la glucosa y otros como colesterol y ácidos
grasos (23).
B. Toxicología
La toxicidad del Cromo se debe principalmente a las especies de Cr (VI) que puede
ingresar al organismo por cualquier vía con facilidad. Es así que según la
International Agency for Research on Cancer (IARC) el Cr (VI)es considerado
carcinógeno del grupo I (48).
Fuente. Adaptado de Semanticscholar (49)
El Cr (III) y Cr (VI) tienen propiedades fisicoquímicas y toxicidad drásticamente
diferentes. El Cr (III) es casi insoluble a pH neutro y se considera que es una traza
de nutrientes para el buen funcionamiento de los organismos vivos. Se ha
demostrado que es responsable del control del metabolismo de la glucosa y los
lípidos en los mamíferos (50). Sin embargo, los compuestos de Cr (VI) ejercen una
gran actividad.
El cromo (VI) se reduce en Cr (III) intracelularmente en las mitocondrias y el núcleo,
reductores intracelulares lo degradan en el citoplasma. La reducción intracelular
genera intermediarios reactivos como Cr (V), Cr (IV) y Cr (III), así como radicales
libres hidroxilo y oxígeno; estas formas reactivas del Cromo son susceptibles de
Figura 1. Especiación del cromo a diferentes pH
8
alterar el ADN. Se elimina por vía renal el 60 %, en menor grado por heces (vía
biliar), cabello, uñas, leche y sudor. En la orina encontramos fundamentalmente Cr
(III) formando un complejo con el glutatión, pues el Cr (VI) es reducido en gran parte
a Cr (III) (48).
Efectos peligrosos en los sistemas bioquímicos. Se encontró que Cr (VI) puede
penetrar fácilmente en la pared celular y luego reducirse a Cr (III) con la formación
de especies reactivas de oxígeno (ROS) (50).
C. Efectos sobre la Salud
El Cr (VI) es un peligro para la salud de los humanos, sobre todo para la gente que
trabaja en la industria del acero y textil. La gente que fuma tabaco también puede
tener un alto grado de exposición a este elemento. El Cr (VI) es conocido porque
causa varios efectos sobre la salud: cuando se encuentra como compuesto en los
productos de la piel, puede causar reacciones alérgicas, por ejemplo, erupciones
cutáneas; después de ser respirado el Cr (VI) puede causar irritación de la nariz y
sangrado de ésta. Otros problemas de salud que son causado por el Cr (VI) son:
erupciones cutáneas, malestar de estómago y úlceras, problemas respiratorios,
debilitamiento del sistema inmune, daño en los riñones e hígado, alteración del
material genético, cáncer de pulmón y muerte. Normalmente, el cromo produce
dermatitis, por lo general, debido a una exposición en el ambiente ocupacional,
siendo la industria del cemento una de las principales fuentes. De igual forma, la
inhalación de vapor con compuestos de Cr (VI) puede ocasionar irritación del
sistema respiratorio, daños en los pulmones y síntomas de tipo asmático. La ingesta
de sales de Cr (VI) puede ocasionar lesiones graves o, incluso, la muerte.
Asimismo, el Cromo en forma de polvo puede ocasionar llagas en la piel (51).
D. Valores permisibles
En la Tabla 1 se muestra los Límites Máximos permisibles para efluentes de
curtiembre según el D.S. 003-2002, siendo el LMP de Cr (VI) de 0.5 mg/L
(52).
9
Tabla 1. Límites máximos permisibles y valores referenciales para las actividades
industriales de curtiembre.
Parámetros Curtiembre
Papel
Aguas
superficiales Alcantarillado
pH 6.5 – 9.5
DBO (mg/L) 10000 250 1000
DQO (mg/L) 2500 250 1000
Sólidos totales (mg/L) 1000
Sulfuros (mg/L) 10
Cromo (VI) (mg/L) 0.5
Cromo total (mg/L) 5
Nitrógeno amoniacal
(mg/L)
50
DBO: Demanda Bioquímica de Oxigeno
DQO: Demanda Química de Oxigeno
Fuente. Adaptado de DECRETO SUPREMO Nº 003-2002-PRODUCE003-2002-
PRODUCE (52).
2.2.3. Biosorción
Se entiende por Biosorción a la capacidad de materiales biológicos de captar
metales, que en la actualidad es una alternativa amigable al medio ambiente para
la sorción de metales presentes en aguas residuales ya que su implementación
involucra un bajo costo y muchos poseen una buena capacidad de adsorción. Dicha
tecnología fue desarrollada a inicios de la década de los 90’s. Estos biosorbentes
pueden ser biomasas microbiales que involucra el uso de algas, bacterias, hongos
y levaduras las cuales generalmente fueron estudiadas en columnas por lo cual
deben mostrar resistencia mecánica, rigidez y porosidad, por otro lado, también
están los residuos vegetales que pudieran tener como procedencia de actividades
industriales o agrícolas, las cuales pueden obtenerse sin costo alguno a muy bajo
precio (53).
10
A. Mecanismos de Biosorción
El proceso de biosorción no es uno en absoluto, si no que existen diversos
mecanismos los cuales pueden depender del metal y del material sorbente. El
proceso de extracción de metales en la estructura de los biosorbentes vegetales se
fundamentan a que en su composición presentan proteínas, carbohidratos y
componentes fenólicos en cuya estructura estarían presentes grupos como
carboxilo, hidroxiol, sultatos, fosfatos y grupos amino (54).
B. Aspectos teóricos de la adsorción
Algunos modelos matemáticos contribuyen con la interpretación de los métodos de
adsorción como son las isoterma de Freundlich a temperatura constante, describe
que la cantidad adsorbida del metal se incrementa en función a la cantidad de
adsorbato. Otro punto importante es que, este modelo interpreta que la superficie
del adsorbente es heterogénea y que las posiciones de adsorción tienen distintas
afinidades, interpretándose que, primero se ocupan las posiciones de mayor
afinidad (54).
qe = KfCe1
n⁄
Otro modelo es el de Langmuir que interpreta una atracción y posterior unión entre
el metal y la superficie del adsorbente los cual se debería a fuerzas físicas. Por otro
lado, explica que la adsorción tiene lugar en centros activos de la superficie del
adsorbente y que una vez que el adsorbato ocupa un centro activo no es posible
que otro adsorbato se una en este mismo punto (54).
qe =qmKLCe
1 + KLCe
2.2.4. Banano
Ciertas frutas como el banano conocido comúnmente como plátano tienen grandes
beneficios para la salud. El banano ayuda a la retención de Calcio, Nitrógeno y
Fósforo en nuestro cuerpo, los cuales favorecen en la restauración de tejidos; el
banano puede ser utilizado para combatir con los desórdenes intestinales como las
11
úlceras, las hojas del banano también se pueden emplear como un paño frío para
quemaduras y/o heridas (55).
En la medicina tradicional, la savia se utiliza para tratar enfermedades, como la
histeria, fiebre, problemas digestivos, hemorragia, epilepsia, hemorroides y
picaduras de insectos ya que químicamente la savia tiene propiedades astringentes
(55).
Se hicieron estudios de los desechos de plantas de banano sobre la capacidad
antioxidante del pseudotallo y rizoma específicamente en la preparación de bebidas
a partir de ellos, y se pudo comprobar por diferentes métodos analíticos (Fenoles
totales y DPPH) que estos dos subproductos del banano se pueden ocupar para
generar nuevas bebidas funcionales (55).
2.2.4.1. Clasificación taxonómica del banano
la muestra se llevó al Laboratorio de Botánica al estado fenológico fresco para su
determinación en el Herbarium Areqvipense (HUSA) y corresponde a la siguiente
clasificación y especie cuya constancia se puede ver en el Anexo 1
Reino: Plantae
División: Magnoliophyta
Clase: Liliopsida
Orden: Zingiberales
Familia: Musaceae
Género: Musa
Especie: Musa x paradisiaca L.
A. Morfología
- Planta: herbácea perenne gigante, con rizoma corto y tallo aparente, que
resulta de la unión de las vainas foliares, cónico y de 3.5-7.5 m de altura,
terminado en una corona de hojas (56).
- Rizoma o bulbo: tallo subterráneo con numerosos puntos de crecimiento
(meristemos) que dan origen a pseudotallos, raíces y yemas vegetativas (56)
- Sistema radicular: Tiene raíces superficiales que se dividen en una capa de
30-40 cm, juntandose la mayor parte de ellas en los 15-20 cm. Las raíces son
12
de tono blanco, tiernas cuando emergen y amarillentas y duras despues. Su
grosor oscila entre 5 y 8 mm y su longitud puede alcanzar los 2.5-3 m en
crecimiento lateral y hasta 1.5 m en profundidad (56).
- Tallo: el auténtico tallo es un rizoma grande, almidones, subterráneo, que está
coronado con yemas, es tos se desarrollan una vez que la planta ha florecido y
fructificado. A medida que cada chupón del rizoma alcanza la madurez, la yema
terminal va convirtiéndose en una inflorescencia al ser empujada hacia arriba
desde el interior del suelo por el alargamiento del tallo, hasta que brota arriba
del pseudotallo (56).
- Hojas: estas se originan en el punto central del meristemo terminal, que está
situado en la parte superior del rizoma. Al inicio, se ve la formación del pecíolo
y la nervadura central terminada en filamento, lo que después será la vaina. La
parte de la nervadura se alarga y el borde izquierdo empieza a cubrir el derecho,
creciendo en altura y formando los semilimbos. La hoja se forma en el interior
del pseudotallo y brota enrollada en forma de cigarro. Las hojas son grandes,
verdes y dispuestas en forma de espiral, de 2-4 m de largo y hasta 1.5 m de
ancho, con un peciolo de 1 m o más de longitud y un limbo elíptico alargado,
ligeramente recurrente hacia el peciolo, un poco ondulado. Cuando son viejas
se rompen fácilmente de forma transversal por la fuerza del viento. De la corona
de hojas sale, durante la floración, un escapo pubescente de 5-6 cm de
diámetro, terminado por un racimo colgante de 1-2 m de largo. (56).
- Flores: flores amarillentas, irregulares y con seis estambres, de los cuales uno
es estéril, reducido a estaminodio petaloideo. El gineceo tiene tres pistilos, con
ovario ínfero. El conjunto de la inflorescencia constituye el sistema del banano.
Cada grupo de flores unidas en cada (56).
- Fruto: Los plátanos son polimórficos, siendo su color amarillo verdoso,
amarillo, amarillo-rojizo o rojo. Los plátanos comestibles son de partenocarpia
(fruto sin previa fecundación) vegetativa. La gran mayoría de los frutos de la
familia de las Musáceas comestibles son estériles, debido a un complejo de
causas, entre otras, a genes específicos de esterilidad femenina, triplo día y
cambios estructurales cromosómicos, en distintos grados (56).
13
Fuente: Solis A. (56)
2.2.5. Método de determinación de Cromo con 1.5 – difenilcarbazida
Este método se basa en la reacción del Cr (VI) con 1,5- difenilcarbazida en medio
ácido, y se obtiene la formación de un compuesto desconocido de color rojo violeta.
El cual puede ser medido espectrofotométricamente a una longitud de onda de 540
nm y la absorbancia es proporcional a la concentración de cromo en la muestra.
Para definir Cromo total, la muestra debe ser sometida a digestión ácida y oxidación
con permanganato de potasio, previo a la reacción con la difenilcarbazida La
colorimetría es considerada uno de los procedimientos más sencillos, aunque es
una técnica poco sensible, y el límite de detección es de 0,1 mg/L (57).
Figura 3. Estructura del Difenilcarbazida
Fuente: López Farfán (57).
Figura 2. Partes de la Platanera
PECÍOLO
PSEUDOTALLO
LÁMINA DE LA HOJA
PLÁTANOS
PEDÚNCULO
PENCA
RACHIS
BELLOTA
14
2.2.6. Espectrofotometría
Un espectrofotómetro emplea un arreglo de prismas, espejos rendijas para
seleccionar luz con una longitud de onda deseada y dirigirla hacia el compartimiento
de muestras y un detector. La muestra es colocada en la línea de paso del haz de
luz, y el instrumento compara la intensidad de la luz que logra atravesar la muestra
con la intensidad de luz que se detecta sin la muestra (58).
Figura 4. Espectrofotómetro
Fuente: Elaboración propia
2.3. Hipótesis
2.3.1. Hipótesis principal
- Dado que existen antecedentes del uso de biomateriales como adsorbentes de
metales; es probable que, el pH sea un factor influyente en la remoción de Cr
(VI) de medios acuosos a escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo
de banano.
15
2.3.2. Hipótesis secundaria
- Es probable determinar el porcentaje de remoción de Cr (VI) de medios
acuosos a escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano a
pH=2
- Es probable determinar el porcentaje de remoción de Cr (VI) de medios
acuosos a escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano a
pH=4
- Es probable determinar el porcentaje de remoción Cr (VI) de medios acuosos a
escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano a pH=6
- Es probable determinar el porcentaje de remoción Cr (VI) de medios acuosos a
escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano a pH=8
- Es probable determinar el porcentaje de remoción Cr (VI) de medios acuosos a
escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano a pH=10
- Es probable identificar el pH óptimo en la remoción de Cr (VI) de medios
acuosos a escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano
2.4. Variables
2.4.1. Variable independiente
pH: potencial de hidrogeniones, que será ajustado por la adición de NaOH 0.1 N y
HCl 0.1 N.
2.4.2. Variable dependiente
El porcentaje de remoción de Cr (VI)
16
2.4.3. Operacionalización de variables
Tabla 2. Operacionalización de variables
Variables Definición operacional Indicador
Variable
independiente pH
Potencial de
hidrogeniones
pH=2
pH=4
pH=6
pH=7
pH=8
pH=10
Variable
dependiente
Remoción
de cromo
hexavalente
La capacidad de
adsorción %
Fuente: Elaboración propia
17
CAPITULO III
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
3.1. Tipo y nivel de investigación
Nivel de la Investigación
Experimental
Tipo de Investigación
Según manipulación de variables: experimental
Según número de mediciones: transversal
Según temporalidad: prospectivo
Enfoque: Cuantitativo
Por el propósito o finalidad: aplicada
Paradigma: positivista
Diseño de la Investigación
Experimental
3.2. Descripción del ámbito de la investigación
3.2.1. Ubicación espacial
El presente trabajo de investigación se realizó en los laboratorios de la Universidad
Privada Autónoma del Sur.
3.2.2. Ubicación temporal
El presente trabajo de investigación fue realizado durante los meses de mayo a
julio del 2019.
3.3. Población y muestra
A. Población
Las muestras de pseudotallo de banano fueron recolectadas en el valle de Majes
Uraca de la región Arequipa en el mes de Mayo.
B. Muestra
18
Las muestras consistieron en gramos de biomasa de pseudotallo de banano (Musa
paradisiaca) secada, triturada y tamizada.
C. Muestreo
No probabilístico
3.4. Técnicas e instrumentos para la recolección de datos
3.4.1. Materiales, equipos y reactivos
A. REACTIVOS E INSUMOS
1,5 – Difenilcarbazida
Ácido clorhídrico concentrado
Agua destilada
Dicromato de potasio p.a
Hidróxido de Sodio p.a
Nitrato de sodio p.a
B. MATERIALES
Bagueta
Electrodo de pH
Envase Ámbar 60 – 250 mL
Equipo de venoclisis
Espátula
Fiola 5, 10, 25, 50, 100, 500 y 1000 mL
Gradillas
Jeringas 1, 5 mL
Mangueras 0.5 mm
Papel filtro
Papel Kraft
Puntas para micropipeta
Termómetros
Tubos de Falcón
Vaso de Precipitado 250, 500, y 1000 mL
C. EQUIPOS
Balanza analítica
19
Equipo de agitación tipo Batch o Jar Test
Espectrofotómetro UV/vis
Estufa
pH-metro
Micropipeta 10 – 100 µL
Molino
Tamiz estándar ASTM
D. Software
Para el procesamiento de datos se utilizó el software OriginPro 9.0, Microsoft Excel
Professional (Solver: para ajuste de modelos matemáticos de primer y segundo
orden), OriginPro 9.0 (Modelo matemático)
3.4.2. Recolección y procesamiento del adsorbente
Se recolectaron 2 kg de pseudotallo de banano obtenido del distrito de Uraca
ubicada en la provincia de Castilla del departamento de Arequipa en el mes de
mayo del 2019. Posteriormente, se lavó con HCl 0.01 N y se enjuago varias veces
con agua destilada hasta alcanzar un pH neutro.
Fuente: Elaboración propia
Figura 5. Recolección de Pseudotallo de banano
20
Luego se secó en una estufa a 90 °C por 24 horas (59). La biomasa seca se
pulverizó usando un molino industrial.
Fuente: Elaboración propia.
Así mismo, se empleó tamices estándares ASTM (American Society for Testing
Materials) números 20, 30, 40, 50, 100 y 200 que corresponden a diámetros de
malla de 75, 150, 300, 450, 600, 850 µm.
Fuente: Elaboración propia
Figura 6. Molino modificado para uso industrial
Figura 7. Serie de tamices estándar (ASTM)
21
3.4.3. Determinación de Cr (VI) por espectrofotometría
Para realizar el gráfico de calibración se prepararon soluciones estándar a
concentraciones de 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9 y 1.0 mg/L de Cr (VI), dichas
soluciones se prepararon a partir de una solución stock de 10 mg/L de Cr /VI) de la
cual se tomaron 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9 y 1.0 mL y se llevaron a fiolas de 10
mL, se agregó 5 mL NaNO3 0.1 M, 1 mL de HCl 0.5 N y 0.5 mL de Difenilcarbazida
5 mg/mL. Finalmente, se dejaron en reposo durante 10 min antes de leer al
espectrofotómetro a 540 nm (28) (60).
Figura 8. Soluciones estándar de Cr (VI) para la curva de calibración Fuente: Elaboración propia
3.4.3.1. Linealidad
La linealidad de un método analítico se refiere a la proporcionalidad entre la
concentración de Cr (VI) y su respuesta que sería la absorbancia, el cual se
determina por el coeficiente de determinación lineal (R2 ) que según la USP debe
ser mayor a 0.995 para que un método sea considerado lineal (61).
22
3.4.4. Evaluación del efecto del pH
El efecto del pH en la adsorción se evaluó en un sistema tipo Batch donde se mezcló
por agitación 2 g adsorbente pseudotallo de banano de 75 a 150 µm de tamaño de
partícula y 300 mL de adsorbato (Cr VI) a una concentración inicial de 100 mg/L. Así
mismo, se tomaron muestras de 5 mL a los 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60,
70, 80 y 90 min. Dichas muestras se analizaron con el mismo procedimiento del
apartado 3.4.3.
Fuente: Elaboración propia
Figura 9. Sistema de agitacion Batch
23
CAPÍTULO IV
RESULTADOS
4.1. Recolección y procesamiento del adsorbente
Después del procesamiento de la pseudotallo de banano, se obtuvo 500 g de
bioadsorbente seco y pulverizado en total. Sin embargo, la muestra cuyo tamaño
fue de 75 a 150 µm se alcanzó un peso de 150 g.
Fuente: Elaboración propia
4.2. Determinación de Cr (VI) por espectrofotometría
Para la construcción del gráfico de calibración mediante la preparación de
soluciones de calibración por triplicado de Cr (VI) usando como reactivo K2Cr2O7
dio como resultado las absorbancias promedio y desviación estándar (DS) que se
muestran en la Tabla 3.
Figura 10. Psudotallo pulverizado tamaño 75 – 150 µm
24
Tabla 3. Resultados de la curva de calibración para la determinación de Cr (VI)
ABSORBANCIAS
Cr (VI) (mg/L)
R1 R2 R3 Promedio DS
0.3 0.509 0.586 0.574 0.556 0.04
0.4 0.650 0.670 0.629 0.650 0.02
0.5 0.669 0.763 0.753 0.728 0.05
0.6 0.829 0.834 0.824 0.829 0.01
0.7 0.850 0.967 0.953 0.923 0.06
0.8 0.926 1.063 1.050 1.013 0.08
0.9 1.050 1.133 1.112 1.098 0.04
1.0 1.086 1.256 1.240 1.194 0.09
Fuente. Elaboración propia
Donde: R1 es Repetición 1; R2, Repetición 2; R3, Repetición 3; DS, desviación
estándar de las soluciones de calibración (n=8) para la determinación de Cr (VI).
4.2.1. Linealidad
La linealidad del método se determinó mediante Microsoft Excel Professional y
OriginPro 9.0 y como resultado se obtuvo la Figura 11 donde se muestra la curva
de calibración que relaciona las absorbancias con las concentraciones de las
soluciones estándar (0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0 mg/L); en la misma se
observa que dichas concentraciones presentaron correlación directa con la
respuesta del equipo (absorbancia promedio) ya que, el coeficiente de
determinación (R2) fue 0.9996.
Además, se obtuvo la ecuación de la recta, que se muestra a continuación:
y = 0.28154 + 0.91145 x
dónde: (x) se refiere a la concentración en mg/L de Cr (VI) y (y), a la absorbancia.
Reemplazando en la ecuación se obtuvo que:
Absorbancia = 0.28154 + 0.91145 [Concentración Cr (VI)mg/L]
despejando:
[Concentración Cr (VI)mgL
] =Absorbancia − 0.28154
0.91145
25
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
Ab
osorb
ancia
pro
med
io
Concentración (mg/L)
y = 0.28154 + 0.91145 x
R2 = 0.99958
Figura 11. Gráfico de calibración para la determinación de Cr (VI) Fuente. Elaboración propia
4.3. Evaluación del efecto de pH 2 en la remoción de Cr (VI)
Tabla 4. Efecto del pH=2 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos usando biomasa de pseudotallo de banano.
Fuente. Elaboración propia
Tiempo (min) Concentración inicial de
Cr (VI) (mg/L)
Remoción de Cr (VI) (%)
0 148.70 0.00
1 102.28 31.22
3 86.15 42.06
5 79.82 46.32
10 67.90 54.34
15 59.14 60.23
20 52.07 64.99
30 43.98 70.43
40 35.80 75.92
50 27.91 81.23
60 18.72 87.41
70 12.43 91.64
80 10.66 92.83
90 5.29 96.45
26
El efecto del pH=2 en la remoción de Cr (VI) se observa en la Tabla 4; que
corresponden a los tiempos 0, 1, 3, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 y 90 min.
La concentración inicial fue de 148.70 mg/L para una solución de 300 mL.
Esta disminuyó en función del tiempo a tomar contacto con los 2 g de pseudotallo
de banano con un tamaño de partícula de 75-150 µm.
En la misma tabla se presentan los porcentajes en el medio, así como, el porcentaje
de remoción de Cr (VI) a los tiempos expuestos.
0 20 40 60 80 100
0
20
40
60
80
100
3.56
Po
rcen
taje
(%
)
Tiempo (min)
Cr (VI) medio
Cr (VI) removido96.45
Figura 12. Porcentaje de Cr (VI) en el medio y porcentaje de Cr (VI) removido en función del tiempo a pH=2
Fuente. Elaboración propia
En la Figura 12 se observa la tabulación del porcentaje de Cr (VI) en el medio en
función del tiempo donde se observa que a los 90 min de agitación en presencia de
pseudotallo de banano a un pH de 2, la concentración de Cr (VI) decae hasta un
3.56 %.
Esto indicaría que el adsorbente (2 g con tamaño de partícula entre 75 y 150 µm)
removió el 96.45 % de Cr (VI) de una solución de 300 mL de concentración inicial
148.70 mg/L. Además, se aprecia que a los primeros 5 min la remoción se realizó
con mayor eficiencia.
27
En la Tabla 5 se muestra la evaluación de la cinética de primer y segundo donde
se muestran los resultados al aplicar dichos modelos que consistieron en calcular
el ln [C] para el modelo de primer orden, debido a que, el modelo de primer orden
se fundamenta en la siguiente ecuación:
ln[C]t = −kt + ln[C]0
Asimismo, el modelo de segundo orden se determinó mediante el cálculo de 1/[C]
debido a que dicho modelo se fundamenta en la siguiente ecuación.
1
[C]t= kt +
1
[C]0
Donde “C” corresponde a la concentración de Cr (VI) en mg/L.
Tabla 5. Cinética de primer (ln[C]) y segundo (1/[C]) orden de la
concentración de Cr (VI) [C] en función del tiempo de agitación a pH=2
usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente.
Tiempo (min) Cr (VI) (mg/L) ln [C] 1/[C]
0 148.70 5.0019 0.0067
1 102.28 4.6277 0.0098
3 86.15 4.4561 0.0116
5 79.82 4.3798 0.0125
10 67.90 4.2180 0.0147
15 59.14 4.0799 0.0169
20 52.07 3.9525 0.0192
30 43.98 3.7837 0.0227
40 35.80 3.5780 0.0279
50 27.91 3.3289 0.0358
60 18.72 2.9297 0.0534
70 12.43 2.5203 0.0804
80 10.66 2.3670 0.0938
90 5.29 1.6650 0.1892
Fuente. Elaboración propia
28
0 50 100
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
ln [
C]
Tiempo (min)
R2=0.9695
Figura 13. Cinética de primer orden de la remoción de Cr (VI) en función del
tiempo a pH=2 usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente.
Fuente. Elaboración propia
En la Figura 13 se muestra el gráfico correspondiente al tiempo (min) en relación al
ln[C] calculado en la Tabla 5 donde se observa que el ajuste R2=0.9695.
0 50 100
0.0
0.1
0.2
1/[C
]
Tiempo (min)
R2=0.7385
Figura 14. Cinética de segundo orden de la remoción de Cr (VI) en función del
tiempo a pH=2 usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente.
Fuente. Elaboración propia
29
En la Figura 14 se muestra el gráfico correspondiente al tiempo (min) en relación al
1/[C] calculado en la Tabla 5 donde se observa que el ajuste R2=0.7385.
4.4. Efecto del pH=4 en la remoción de Cr (VI)
El efecto del pH=4 en la remoción de Cr (VI) se observa en la Tabla 6 donde se
presentan las concentraciones de Cr (VI) calculadas con la ecuación de la recta
presentada en el apartado 4.2.1.
Dichas concentraciones están expresadas en mg/L y corresponden a los tiempos
0, 1, 3, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 y 90 min. La concentración inicial fue de
147.96 mg/L de una solución de 300 mL la cual disminuye en función del tiempo a
tomar contacto con los 2 gramos de pseudotallo de banano con un tamaño de
partícula de 75-150 µm.
Tabla 6. Efecto del pH=4 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente.
Tiempo (min) Concentración inicial de
Cr (VI) (mg/L) Remoción de
Cr (VI) (%)
0 147.96 0.00
1 108.35 26.77
3 84.00 43.23
5 79.58 46.21
10 76.50 48.30
15 73.77 50.14
20 70.73 52.20
30 66.51 55.05
40 63.33 57.20
50 59.94 59.49
60 58.08 60.74
70 56.05 62.12
80 51.28 65.34
90 48.93 66.93
Fuente. Elaboración propia
30
En la Figura 15 se observa la tabulación del porcentaje de Cr (VI) en el medio en
función del tiempo donde se nota que a los 90 min de agitación en presencia de
pseudotallo de banano a un pH de 4 la concentración de Cr (VI) decae hasta un
33.07 %.
Este resultado indicaría que el adsorbente (2 g con tamaño de partícula entre 75 y
150 µm) removió el 66.93 % de Cr (VI) de una solución de 300 mL de concentración
inicial 147.96 mg/L. Además, de la mayor eficiencia en los primeros 5 min.
0 20 40 60 80 100
0
20
40
60
80
100
33.07
Po
rcen
taje
(%
)
Tiempo (min)
Cr (VI) medio
Cr (VI) removido
66.93
Figura 15. Porcentaje de Cr (VI) en el medio y porcentaje de remoción Cr (VI) en función del tiempo a pH=4.
Fuente. Elaboración propia
En la Tabla 7 se muestra la evaluación de la cinética de primer y segundo orden
donde se muestran los resultados al aplicar dichos modelos que consistieron en
calcular el ln [C] y 1/[C] respectivamente.
En la misma tabla se presentan los porcentajes en el medio, así como, el porcentaje
de remoción de Cr (VI) a los tiempos expuestos.
31
Tabla 7. Cinética de primer (ln[C]) y segundo (1/[C]) orden de la
remoción de Cr (VI) [C] a pH 4 usando pseudotallo de banano.
Tiempo (min) Cr (VI) (mg/L) ln [C] 1/C]
0 147.96 4.9969 0.0068
1 108.35 4.6854 0.0092
3 84.00 4.4308 0.0119
5 79.58 4.3768 0.0126
10 76.50 4.3373 0.0131
15 73.77 4.3010 0.0136
20 70.73 4.2589 0.0141
30 66.51 4.1974 0.0150
40 63.33 4.1484 0.0158
50 59.94 4.0934 0.0167
60 58.08 4.0619 0.0172
70 56.05 4.0262 0.0178
80 51.28 3.9374 0.0195
90 48.93 3.8903 0.0204
Fuente. Elaboración propia
0 50 100
3.8
4.0
4.2
4.4
4.6
4.8
5.0
R2=0.6947
ln [C
]
Tiempo (min)
Figura 16. Cinética de primer orden de la remoción de Cr (VI) en función del
tiempo a pH=4 usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente.
Fuente. Elaboración propia
32
En la Figura 16 se muestra el gráfico correspondiente al tiempo (min) en relación al
ln[C] calculado en la Tabla 7 donde se observa que el ajuste R2=0.6947.
En la Figura 17 se muestra el gráfico correspondiente al tiempo (min) en relación al
1/[C] calculado en la Tabla 7 donde se observa que el ajuste R2=0.8435.
0 50 100
0.006
0.008
0.010
0.012
0.014
0.016
0.018
0.020
0.022
1/[C
]
Tiempo (min)
R2=0.8435
Figura 17. Cinética de segundo orden de la remoción de Cr (VI) en función del tiempo a pH=4 usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente.
Fuente: Elaboración propia
4.5. Efecto del pH=6 en la remoción de Cr (VI)
El efecto del pH=6 en la remoción de Cr (VI) se observa en la Tabla 8 donde se
presentan las concentraciones de Cr (VI) calculadas con la ecuación de la recta
presentada en el apartado 4.2.1., dichas concentraciones están expresadas en
mg/L y corresponden a los tiempos 0, 1, 3, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 y 90
min. La concentración inicial fue de 145.41 mg/L de una solución de 300 mL la cual
disminuye en función del tiempo a tomar contacto con los 2 g de pseudotallo de
banano con un tamaño de partícula de 75-150 µm. En la misma tabla se presentan
los porcentajes en el medio, así como, el porcentaje de remoción de Cr (VI) a los
tiempos expuestos.
33
Tabla 8. Efecto del pH=6 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos
usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente.
Tiempo (min) Concentración inicial de
Cr (VI) (mg/L) Remoción de
Cr (VI) (%)
0 145.41 0.00
1 128.90 11.35
3 112.72 22.48
5 105.15 27.69
10 100.92 30.59
15 96.18 33.86
20 92.50 36.38
30 87.74 39.66
40 85.30 41.34
50 80.65 44.54
60 76.94 47.09
70 70.16 51.75
80 67.02 53.91
90 64.98 55.31
Fuente. Elaboración propia
En la Figura 18 se observa la tabulación del porcentaje de Cr (VI) en el medio en
función del tiempo donde se nota que a los 90 minutos de agitación en presencia
de pseudotallo de banano a un pH de 6 la concentración de Cr (VI) decae hasta un
44.69 %.
Tal resultado indicaría que el adsorbente (2 g con tamaño de partícula entre 75 y
150 µm) remueve el 55.31 % de Cr (VI) de una solución de 300 mL de concentración
inicial 145.41 mg/L. Además, se nota que es en los primeros 5 min en el que se
remueve con mayor eficiencia.
34
0 20 40 60 80 100
0
20
40
60
80
100
44.69
Po
rcen
taje
(%
)
Tiempo (min)
Cr (VI) medio
Cr (VI) removido
55.31
Figura 18. Porcentaje de Cr (VI) en el medio (t90’ = 44.69 %) y porcentaje de Cr
(VI) removido (t90’ = 55.31 %) en función del tiempo a pH=6.
Fuente: Elaboración propia
En la Tabla 9 se muestra la evaluación de la cinética de primer y segundo orden
donde se muestran los resultados al aplicar dichos modelos que consistieron en
calcular el ln [C] y 1/[C] respectivamente.
Tabla 9. Cinética de primer (ln[C]) y segundo (1/[C]) orden de la remoción de Cr (VI) [C] a pH=6 usando pseudotallo de banano.
Tiempo (min) Cr (VI) (mg/L) ln [C] 1/C]
0 145.41 4.9795 0.0069
1 128.90 4.8591 0.0078
3 112.72 4.7249 0.0089
5 105.15 4.6554 0.0095
10 100.92 4.6143 0.0099
15 96.18 4.5662 0.0104
20 92.50 4.5272 0.0108
30 87.74 4.4743 0.0114
40 85.30 4.4461 0.0117
50 80.65 4.3901 0.0124
60 76.94 4.3431 0.0130
70 70.16 4.2508 0.0143
80 67.02 4.2050 0.0149
90 64.98 4.1740 0.0154
Fuente. Elaboración propia
35
0 50 100
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
5.0
ln [C
]
Tiempo (min)
R2=0.8615
Figura 19. Cinética de primer orden de la remoción de Cr (VI) en función del
tiempo a pH=6 usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente.
Fuente: Elaboración propia
En la Figura 19 se muestra el gráfico correspondiente al tiempo (min) en relación al
ln[C] calculado en la Tabla 9 donde se observa que el ajuste R2=0.8615.
0 50 100
0.006
0.007
0.008
0.009
0.010
0.011
0.012
0.013
0.014
0.015
1/[C
]
Tiempo (min)
R2=0.9312
Figura 20. Cinética de segundo orden de la remoción de Cr (VI) en función del
tiempo a pH=6 usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente.
Fuente: Elaboración propia
36
En la Figura 20 se muestra el gráfico correspondiente al tiempo (min) en relación al
1/[C] calculado en la Tabla 9 donde se observa que el ajuste R2=0.9312.
4.6. Efecto del pH=8 en la remoción de Cr (VI)
El efecto del pH=8 en la remoción de Cr (VI) se observa en la Tabla 10 donde se
presentan las concentraciones de cromo hexavalente calculadas con la ecuación
de la recta presentada en el apartado 4.2.1., dichas concentraciones están
expresadas en mg/L y corresponden a los tiempos 0, 1, 3, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50,
60, 70, 80 y 90 min. La concentración inicial fue de 144.50 mg/L de una solución de
300 mL la cual disminuye en función del tiempo a tomar contacto con los 2 g de
pseudotallo de banano con un tamaño de partícula de 75-150 µm. En la misma
tabla se presentan los porcentajes en el medio, así como, el porcentaje de remoción
de Cr (VI) a los tiempos expuestos.
Tabla 10. Efecto del pH=8 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos usando residuos de banano como adsorbente.
Tiempo (min) Concentración inicial de
Cr (VI) (mg/L) Remoción de
Cr (VI) (%)
0 144.50 0.00
1 116.60 19.31
3 112.64 22.05
5 109.29 24.37
10 98.85 31.59
15 98.37 31.93
20 93.17 35.52
30 88.83 38.53
40 86.72 39.98
50 84.64 41.43
60 79.75 44.81
70 75.07 48.05
80 72.28 49.98
90 68.33 52.71
Fuente. Elaboración propia
37
En la Figura 21 se observa la tabulación del porcentaje de Cr (VI) en el medio en
función del tiempo donde se nota que a los 90 min de agitación en presencia de
pseudotallo de banano a un pH de 8 la concentración de Cr (VI) decae hasta un
47.29 %.
Esto indicaría que el adsorbente (2 g con tamaño de partícula entre 75 y 150 µm)
remueve el 52.71 % de Cr (VI) de una solución de 300 mL de concentración inicial
144.50 mg/L.
Además, se nota que es en los primeros 10 min en el que se remueve con mayor
eficiencia.
0 20 40 60 80 100
0
20
40
60
80
100
47.29
Porc
enta
je (
%)
Tiempo (min)
Cr (VI) medio
Cr (VI) removido
52.71
Figura 21. Porcentaje de Cr (VI) en el medio (t90’ = 47.29 %) y porcentaje de Cr
(VI) removido (t90’ = 52.71 %) en función del tiempo a pH=8.
Fuente: Elaboración propia
En la Tabla 11 se muestra la evaluación de la cinética de primer y segundo orden
donde se muestran los resultados al aplicar dichos modelos que consistieron en
calcular el ln [C] y 1/[C] respectivamente.
38
Tabla 11. Cinética de primer (ln[C]) y segundo (1/[C]) orden de la remoción de Cr (VI) [C] a pH=8 usando pseudotallo de banano.
Tiempo (min) Cr (VI) (mg/L) ln [C] 1/[C]
0 144.50 4.9733 0.0069
1 116.60 4.7588 0.0086
3 112.64 4.7242 0.0089
5 109.29 4.6940 0.0091
10 98.85 4.5936 0.0101
15 98.37 4.5887 0.0102
20 93.17 4.5344 0.0107
30 88.83 4.4867 0.0113
40 86.72 4.4627 0.0115
50 84.64 4.4384 0.0118
60 79.75 4.3789 0.0125
70 75.07 4.3184 0.0133
80 72.28 4.2806 0.0138
90 68.33 4.2243 0.0146
Fuente. Elaboración propia
En la Figura 22 se muestra el gráfico correspondiente al tiempo (min) en relación al
ln[C] calculado en la Tabla 11 donde se observa que el ajuste R2=0.8427.
0 50 100
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
5.0
ln [C
]
Tiempo (min)
R2=0.8427
Figura 22. Cinética de primer orden de la remoción de Cr (VI) en función del
tiempo a pH=8 usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente.
Fuente: Elaboración propia
39
En la Figura 23 se muestra el gráfico correspondiente al tiempo (min) en relación al
1/[C] calculado en la Tabla 11 donde se observa que el ajuste R2=0.9136.
0 50 100
0.006
0.007
0.008
0.009
0.010
0.011
0.012
0.013
0.014
0.0151
/[C
]
Tiempo (min)
R2=0.9136
Figura 23. Cinética de segundo orden de la remoción de Cr (VI) en función del
tiempo a pH=8 usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente.
Fuente: Elaboración propia
4.7. Efecto del pH=10 en la remoción de Cr (VI)
El efecto del pH=10 en la remoción de Cr (VI) se observa en la Tabla 12 donde se
presentan las concentraciones de Cr (VI) calculadas con la ecuación de la recta
presentada en el apartado 4.2.1.
Dichas concentraciones están expresadas en mg/L y corresponden a los tiempos
0, 1, 3, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 y 90 min.
La concentración inicial fue de 149.44 mg/L de una solución de 300 mL la cual
disminuye en función del tiempo a tomar contacto con los 2 g de pseudotallo de
banano con un tamaño de partícula de 75-150 µm.
En la misma tabla se presentan los porcentajes en el medio, así como, el porcentaje
de remoción de Cr (VI) a los tiempos expuestos.
40
Tabla 12. Efecto del pH=10 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos.
Tiempo (min) Concentración inicial de
Cr (VI) (mg/L) Remoción de
Cr VI (%)
0 149.44 0.00
1 105.84 29.17
3 104.29 30.21
5 103.04 31.05
10 100.15 32.98
15 95.50 36.10
20 93.47 37.46
30 91.08 39.05
40 88.44 40.82
50 84.85 43.22
60 78.18 47.69
70 76.88 48.55
80 75.12 49.74
90 73.09 51.09
Fuente. Elaboración propia
En la Figura 24 se observa la tabulación del porcentaje de Cr (VI) en el medio en
función del tiempo donde se nota que a los 90 min de agitación en presencia de
pseudotallo de banano a un pH de 10 la concentración de Cr (VI) decae hasta un
48.91 %.
0 20 40 60 80 100
0
20
40
60
80
100
48.91
Po
rcen
taje
(%
)
Tiempo (min)
Cr (VI) medio
Cr (VI) removido
51.09
Figura 24. Porcentaje de Cr (VI) en el medio (t90’ = 48.91 %) y porcentaje de Cr
(VI) removido (t90’ = 51.09 %) en función del tiempo a pH=10.
Fuente: Elaboración propia
41
Este resultado indicaría que el adsorbente (2 g con tamaño de partícula entre 75 y
150 µm) remueve el 51.09 % de Cr (VI) de una solución de 300 mL de concentración
inicial 149.44 mg/L.
Además, se nota que es en el primer minuto en el que se remueve con mayor
eficiencia.
En la Tabla 13 se muestra la evaluación de la cinética de primer y segundo orden
donde se muestran los resultados al aplicar dichos modelos que consistieron en
calcular el ln [C] y 1/[C] respectivamente.
Tabla 13. Cinética de primer (ln[C]) y segundo (1/[C]) orden de la concentración de Cr (VI) [C] en función del tiempo de agitación a pH=10 usando biomasa de
pseudotallo de banano como adsorbente.
Tiempo (min) Cr (VI) (mg/L) ln [C] 1/C]
0 149.44 5.0069 0.0067
1 105.84 4.6620 0.0094
3 104.29 4.6472 0.0096
5 103.04 4.6351 0.0097
10 100.15 4.6067 0.0100
15 95.50 4.5591 0.0105
20 93.47 4.5376 0.0107
30 91.08 4.5117 0.0110
40 88.44 4.4823 0.0113
50 84.85 4.4408 0.0118
60 78.18 4.3590 0.0128
70 76.88 4.3423 0.0130
80 75.12 4.3190 0.0133
90 73.09 4.2916 0.0137
Fuente. Elaboración propia
42
0 50 100
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
5.0
5.1
Ln [C
]
Tiempo (min)
R2=0.7279
Figura 25. Cinética de primer orden de la remoción de Cr (VI) en función del tiempo a pH=10 usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente.
Fuente: Elaboración propia
En la Figura 25 se muestra el gráfico correspondiente al tiempo (min) en relación al
ln[C] calculado en la Tabla 13 donde se observa que el ajuste R2=0.7279.
En la Figura 26 se muestra el gráfico correspondiente al tiempo (min) en relación al
1/[C] calculado en la Tabla 13 donde se observa que el ajuste R2=0.8338.
0 50 100
0.006
0.007
0.008
0.009
0.010
0.011
0.012
0.013
0.014
1/[C
]
Tiempo (min)
R2=0.83376
Figura 26. Cinética de segundo orden de la remoción de Cr (VI) en función del tiempo a pH=10 usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente.
Fuente: Elaboración propia
43
4.8. Comparación de efecto de los pH
En la Tabla 14 se muestran los resultados de los ajustes de los modelos de primer
y segundo orden según el R2.
El proceso de remoción de Cr (VI) en función del tiempo usando como adsorbente
al pseudotallo de banano dio como resultado un ajuste de primer orden para el
tratamiento con pH=2 con un R2 de 0.9695.
Por otro lado, para el modelo de segundo orden para los pH de 4, 6, 8 y 10 se
obtuvo ajustes (R2) de 0.8435, 0.9312, 0.9136 y 0.8338.
En la tabla 14 se muestra el porcentaje de remoción a tiempo medio.
Tabla 14. Efecto del pH=2 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente.
pH Remoción
(%) Remoción (%) a t1/2
Primer Orden (R2)
Segundo Orden (R2)
2 96.45 48.225 0.9695 0.7385
4 66.93 33.465 0.6947 0.8435
6 55.31 27.655 0.8615 0.9312
8 52.71 26.355 0.8427 0.9136
10 51.09 25.545 0.7279 0.8338
Fuente. Elaboración propia
Así mismo, en la Figura 27 y Tabla 14 se muestran los porcentajes de remoción de
Cr (VI) a los 90 min de agitación partiendo de una solución de aproximadamente
150 mg/L en presencia de 2 g de pseudotallo de banano siendo el pH de mayor
eficiencia en la remoción de Cr (VI) a pH=2.
Asimismo, el orden según el porcentaje de remoción en función del pH del medio
es: pH = 2 > pH = 4 > pH = 6 > pH = 8 > pH = 10
44
0 20 40 60 80 100
0
20
40
60
80
100
51.09
52.71
55.31
66.93
Re
moció
n (
%)
Tiempo (min)
pH=2
pH=4
pH=6
pH=8
pH=10
96.45
Figura 27. Remoción expresada en porcentaje de Cr (VI) a pH=2, 4, 6, 8 y 10 usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente. Mayor eficiencia a
pH=2 (96.45 %).
Fuente: Elaboración propia
4.9. Tiempo medio de remoción de Cr (VI) a diferentes pH
En la tabla 15 se observa que de una concentración inical de Cr (VI) conforme va
pasando el tiempo la concentración de Cr (VI) en el medio, disminuye alcanzando
el 50% de remoción a los siguientes minutos.
Tabla 15. Remoción de 50% de Cr (VI) en el medio.
pH Cr (VI) (mg/L) Cr (VI) (mg/L) T 1/2 (min)
2 148.70 74.35 7
4 147.96 73.98 15
6 145.41 72.70 70
8 144.50 72.25 80
10 149.44 74.72 80
Fuente: Elaboración propia
4.10. Modelamiento cinético de la remoción de Cr (VI) con biomasa de
pseudotallo de banano
El modelamiento cinético a pH óptimo de 2 mostro un ajuste R2 de 0.9969 a un
modelo matemático de decaimiento tipo 2 para lo cual se usó el algoritmo de
Levenberg Marquardt en OriginPro 9.0. El modelo matemático con sus variables se
muestra en la Figura 28, siendo la ecuación la siguiente:
45
y = A1 × e(−x t1⁄ ) + A2 × e(−x t2⁄ ) + y0
Reemplazando
y = −40.794 × e(−x 0.789⁄ ) − 64.409 × e(−x 47.⁄ 351) + 105.293
Posteriormente:
y = −40.794 × e(−1.267x) − 64.409 × e(−0.021x) + 105.293
Con esta ecuación es posible predecir, con un ajuste R2 de 0.9969 a un pH=2
usando 2 gramos de pseudotallo de banano, el porcentaje de remoción a cualquier
tiempo.
0 50 100
0
20
40
60
80
100
Re
moció
n (
%)
Tiempo (min)
Model ExpDec2
Equation
y = A1*exp(-x/t1) + A2*exp(-x/t2) + y0
Reduced Chi-Sqr2.36487
Adj. R-Square 0.99685
Value Standard Error
Remoción
y0 105.29252 3.57314
A1 -40.79372 2.0827
t1 0.78904 0.10538
A2 -64.40899 2.91789
t2 47.3506 6.06506
k1 1.26736 0.16927
k2 0.02112 0.00271
Figura 28. Modelo matemático exponencial de decaimiento (ExpDec2) en la remoción de Cr (VI) usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente
a pH óptimo (pH=2) con R2=0.99685. Fuente: Elaboración propia
46
CAPÍTULO V
DISCUSIÓN
En la presente investigación se evaluó la influencia del pH en la adsorción de Cr
(VI) en pseudotallo de banano ya que dependiendo del tipo de adsorbente el pH
influye en el mecanismo de adsorción debido a que en algunos casos se reportó
que a pH básico la adsorción es mayor y en otros casos a pH acido se favorece
mejor dicho proceso.
El proceso de adsorción de Cr (VI) desarrollado en la presente investigación fue
evaluado por el método espectrofotometríco con 1,5 - Difenilcarbazida dicho
método resultó s