Estudio del proceso de biosorción de Cu2+ Y/O Cd2+ desde soluciones sintéticas utilizado un biosorbente a base de plantas

Abstract

La industria minera en Chile, un pilar fundamental para la economía del país, consume grandes cantidades de agua y genera residuos líquidos industriales (RILes) que contienen metales pesados, contribuyendo significativamente a la contaminación ambiental. Aunque algunos metales pesados son esenciales, su acumulación y biomagnificación en organismos vivos provocan múltiples efectos adversos. Para abordar este problema, se han desarrollado diversos métodos de recuperación de metales pesados, destacando la biosorción por su uso de biosorbentes naturales, generalmente subproductos de otros procesos. El presente estudio evalúa la capacidad de remoción de Cu2+ y Cd2+ de tres biosorbentes elaborados en base a especies vegetales nativas y endémicas de Chile: Leptocarpha rivularis, Haplopappus baylahuen y Haplopappus foliosus, a escala de laboratorio en un sistema discontinuo por lotes, ajustando las condiciones de operación según los objetivos específicos de cada experimento. Para el metal y el biosorbente con mejor rendimiento, se determinan los parámetros que optimizan el proceso de biosorción. El propósito de estudiar la capacidad de biosorción de estas especies es evaluar su posible uso en fitorremediación y posteriormente en biosorción. Esto evita que las especies saturadas en el proceso de fitorremediación se conviertan en una fuente secundaria de contaminación, proporcionando una alternativa económica y ambientalmente sostenible. Los resultados del screening inicial muestran una alta eficiencia de remoción para ambos metales con Haplopappus foliosus y Haplopappus baylahuen, alcanzando eficiencias superiores al 69,0%. En particular, el par Haplopappus baylahuen y Cd2+ muestra los mejores resultados, con una remoción del 87,8% y una retención de equilibrio de 9,7 [mg/g]. Para el par de mejor rendimiento, se evalúan el efecto del tamaño de partícula y la razón masa-volumen utilizando una concentración inicial de 100 [mg/L] y un pH de 4,5. No se identifican diferencias significativas entre los cuatro rangos de tamaño de partícula evaluados, por lo que se selecciona el rango de 425 a 850 [μm], uno de los más eficientes en los procesos de molienda y filtrado, con una capacidad de retención de equilibrio de 8,8 [mg/g]. La razón masa-volumen óptima se determina en 10 [g/L], logrando una retención y remoción de equilibrio de 8,9 [mg/g] y 90,3%, respectivamente. Además, se estudia la cinética de biosorción en un rango de tiempo de 0 a 1440 [min], observándose que durante los primeros 30 [min] existe una alta velocidad de biosorción, alcanzándose el equilibrio a los 120 [min] con una retención de 8,5 [mg/g]. Los datos experimentales se ajustan a los modelos cinéticos de Lagergren y Ho y McKay, mostrando un mejor ajuste con el modelo de Ho y McKay. Finalmente, se realiza un estudio de equilibrio variando la concentración inicial entre 10 y 100 [mg/L], identificando una isoterma tipo L. Además, al comparar los modelos teóricos de Langmuir, Freundlich y BET, se encuentra que el modelo BET proporciona el mejor ajuste.