Remoción de plomo (II) en disolución acuosa empleando residuos de cáscaras de papa (Solanum tuberosum) modificadas químicamente con ácido cítrico

Abstract

Se obtuvo un biosorbente capaz de remover plomo (II) en disolución acuosa a partir de la modificación química con ácido cítrico de residuos industriales de cáscaras de papa (Solanum tuberosum). El tratamiento químico incrementó la presencia de grupos funcionales carboxilo en las cáscaras de papa, lo cual fue comprobado mediante el análisis de Espectroscopía Infrarroja Transformada de Fourier (FTIR) de la biomasa antes y después de la modificación química. El biosorbente (AC-CP) fue caracterizado mediante las técnicas FTIR y de Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) para identificar grupos funcionales y analizar la morfología superficial, respectivamente. Los resultados de la caracterización indicaron la presencia de grupos funcionales carboxilo e hidroxilo, que son capaces de capturar plomo del agua, y que el biosorbente posee grietas ásperas que podrían tener un rol relevante en el transporte del ion 𝑃𝑃𝑃𝑃+2 durante el proceso de biosorción. Los factores más importantes que afectaron el proceso de biosorción de plomo (II) en AC-CP fueron la dosis del biosorbente y la concentración inicial de plomo (II) según el cribado de factores y el diseño central compuesto realizados. Los datos experimentales obtenidos para estudiar la cinética y equilibrio de biosorción fueron modelados a través de análisis de regresión no lineal. La cinética del proceso fue mejor representada por el modelo de pseudo segundo orden (𝑅𝑅2=0.999) y el tiempo de equilibrio fue de 60 minutos, mientras que, la isoterma de adsorción tuvo un mejor ajuste al modelo de Langmuir (𝑅𝑅2=0.99) con una máxima capacidad de adsorción monocapa (𝑞𝑞𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚) de 15.08 mg/g. La máxima eficiencia de remoción de plomo (II) lograda en el tiempo de equilibrio fue de 98.94% a un pH 4, concentración inicial de plomo (II) de 25 mg/L, y dosis del biosorbente de 10 g/L, siendo la formación de compuestos de coordinación e intercambio iónico los mecanismos de biosorción predominantes.

A biosorbent capable of removing lead (II) from aqueous solution was obtained by the chemical modification with citric acid of industrial waste potato peels. The chemical treatment increased the presence of carboxyl functional groups, as revealed by the Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) analysis of the biomass before and after the chemical modification. The biosorbent (AC-CP) was characterized through FTIR and Scanning Electron Microscopy (SEM) techniques to identify functional groups and analyze the surface morphology, respectively. The results indicated the presence of carboxyl and hydroxyl functional groups, which are capable of capturing lead (II) from water and rough layers in the surface of the biosorbent that could have a relevant role in the transport of 𝑃𝑃𝑃𝑃+2 ion during the biosorption process. The most important factors that influence the biosorption process of lead (II) in AC-CP were the biosorbent dose and the lead initial concentration in the solution according to the factor screening and the central composite design carried out. The experimental data obtained to study the biosorption kinetic and equilibrium were modeled through nonlinear regression analysis. The kinetics of the process was better represented by the pseudo-second-order model (𝑅𝑅2=0.999) and the equilibrium time was 60 minutes, while the adsorption isotherm had a better fit to the Langmuir model (𝑅𝑅2=0.99) with a maximum monolayer adsorption capacity (𝑞𝑞𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚) of 15.08 mg/g. The maximum lead (II) removal efficiency achieved in the equilibrium time was 98.94% at pH 4, initial lead concentration of 25 mg/L and a biosorbent dose of 10 g/L, being the formation of coordination compounds and ion exchange the predominant biosorption mechanisms.