Remoción de metales pesados de efluentes líquidos industriales utilizando residuos de biomasa como bioadsorbentes e inmovilización en matrices cerámicas

Abstract

La descarga de metales tóxicos como el cadmio, cobre, plomo, níquel y zinc a los cursos de agua se ha incrementado en los últimos años debido al crecimiento de las actividades industriales. Estos xenobióticos constituyen un problema ambiental grave debido a su naturaleza no biodegradable, persistente y acumulativa. Entre las diversas tecnologías utilizadas para la remoción de estos contaminantes se destaca la biosorción que se caracteriza por su efectividad, simplicidad y bajo costo. En este estudio, se ha seleccionado como bioadsorbente a la cáscara de arroz, un residuo lignocelulósico altamente disponible en la provincia de Entre Ríos. El material fue empleado en su forma natural y modificado químicamente, con hidróxido de potasio o con ácido fosfórico, para analizar la capacidad de sorción de los contaminantes. Los adsorbentes fueron caracterizados por espectroscopia infrarroja, microscopía electrónica de barrido con análisis dispersivo de energía de rayos X, análisis térmico diferencial y termogravimétrico, difracción de rayos X y mediante la determinación del pH en el punto de carga de cero. La remoción de los metales tóxicos fue significativamente mayor al emplear el residuo activado con hidróxido de potasio. En todas las alternativas estudiadas, el proceso de biosorción resultó favorecido al incrementar el pH, la temperatura del medio y la masa de biosorbente, mientras que disminuyó al aumentar la concentración inicial del metal. El equilibrio del proceso se alcanzó rápidamente, ajustándose a una cinética de pseudo-segundo orden. Para los adsorbentes empleados se presentaría una sorción en monocapa, con sitios de sorción homogéneos. Finalmente, el residuo resultante del proceso de sorción (biomasa-contaminante) fue usado para analizar la capacidad de inmovilización del metal tóxico en matrices cerámicas. Los valores de porosidad, pérdida de peso por calcinación, propiedades mecánicas y eficiencia de retención, indicarían que las piezas obtenidas presentan propiedades adecuadas para su uso en servicio.

Toxic metal contamination (M2+: Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+, Pb2+) of aqueous media and industrial effluents is one of the most significant environmental problems due to the toxic nature and accumulation of these metal ions in the food chain, since they are non-biodegradable. Among of several technologies available for the removal of these pollutants, biosorption is a physico-chemical method based in its costeffectiveness and simplicity. In the present study, rice husk was selected as bioadsorbent because it is an abundantly available agricultural lignocellulosic waste in Entre Ríos. The material was used in its natural form and modified with either potassium hydroxide or phosphoric acid to analyze the sorption capacity of the contaminants. Adsorbents were characterized by infrared spectroscopy, SEM-EDS, XRD, DTA-TGA and by determining the pH at the point zero charge. Removal levels were favoured by using the potassium hydroxide activated residues and by increasing the pH, temperature and dose of the biosorbent, while they decreased by increasing the initial metal concentration. For the systems evaluated, it was found that process equilibrium was quickly achieved, adjusting to a pseudo-second order kinetic. For the adsorbents employed, a monolayer sorption would occur with homogeneous sorption sites distribution. Finally, the potassium hydroxide activated rice husk with adsorbed toxic metals obtained from sorption experiments was used to analyze the capacity of metals immobilization in the designed bricks. The values obtained for the apparent porosity, the loss of weight by ignition, the mechanical properties and the efficiency of retention, indicate that these bricks are suitable for use in service.