INSTITUTO DE EDUCACION SUPERIOR TECNOLÓGICO PÚBLICO“ANDRÉS AVELINO CÁCERES DORREGARAY” ÁREA ACADEMICA TECNOLOGÍA DE ANÁLISIS QUÍMICO EXTRACCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE PECTINA APARTIR DE CÁSCARAS DE PLÁTANO (Musa cavendishii) PARA DESARROLLAR UN PROCESO DE BIOSORCIÓN DE Cd+2 DISEÑO GENERAL DEL PROCESO DE PROYECTO PRESENTADO POR: PARA OPTAR EL TÍTULO DE PROFESIONAL TÉCNICO EN: TECNOLOGÍA DE ANÁLISIS QUÍMICO San Agustín de Cajas – Huancayo 2014 1 DEDICATORIA: 2 ASESOR 3 4. Composición química y estructura de la pectina 1. Ácidos pectínicos 1.1.1.1.4.3.1. Clasificación de las sustancias pécticas 1. Propiedades fisicoquímicas de la pectina 1.1.1.3.ÍNDICE I PRESENTACIÓN II RESUMEN III INTRODUCCIÓN.1.2. Pectinas 1.1.1.1.4. IV LINEAMIENTOS DE LA INVESTIGACION IDENTIFICACION DEL PROBLEMA.2.3.1.2.2.1. Ácidos pécticos 1.1.4.4.2. Acidez 1. Viscosidad 4 . Pectinas de bajo metoxilo 1. OBJETIVOS HIPOTESIS VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN INDICADORES CAPÍTULO I MARCO TEÓRICO 1.1.1..2.3.CARARTERIZACION DE LA PECTINA 1. Solubilidad 1.1.2. Protopectinas 1.1Pectina 1.2.1.3. Pectinas de alto metoxilo 1. -ASPECTOS GENERALES DEL CADMIO 1.Proceso de Biosorción 2.1 Adsorción Física 2.1.2.. Acción de las enzimas 1.4.2.1.Aplicación de la biosorción en efluentes reales 2.1-.8.-BIOSORCIÓN 2.1.3..1.1.1.2.2.2.2.2..1 Contaminación de metales en aguas 1.1 ADSORCIÓN 2.1.1. Extracción enzimática de pectina 1.Isoterma de Freundlich. Acción de los ácidos 1..4.4. Peso molecular 1..10.5. Acción de las bases 1.1.11.Biosorbentes 2.2.Isoterma de Langmuir.4.9.4.8.1. 2.1.1.4.2.Isotermas de biosorción 2.1.3.4..1.3.3 Características químicas y usos del cadmio 1.2 El cadmio como contaminante 1.3.1.5.3.4.3.2 Quimisorción 2. 2..4.1.6.Regeneración y reutilización del biosorbente 2. Aplicaciones de la pectina 1.4. Longitud de cadenas 1.1.Selección del biosorbente adecuado.1.4.3. Poder de 1.1.2.7. 5 .4 toxicidad del cadmio CAPITULO II FUNDAMENTO TEÓRICO 2. Acción de las bases 1. 2.Determinación del peso equivalente 3.4. 6 Biosorción por pectina 2.2.. 3.Inactivación de las enzimas Pécticas 3..5.Análisis de Cadmio 3.2 Remoción de Cd+2 por la pectina de la cáscara de plátanos reticulada con Ca 2+ CAPITULO III PARTE EXPERIMENTAL 3..2.Obtención de la Pectina de la cáscara de Plátano (Musa cavendishii) 3. 3.1.1.2.Material de origen biológico 3..2.Materiales de Laboratorio 3.2 Medio Ambiente 2.Caracterización de la pectina 3..Equipos 3.2.1..2.Obtención y preparación del material bioadsorbente 3.2. 6 .5. 3.2.4. REACTIVOS Y EQUIPOS 3.2..1 Industrial 2.5.6..1.1.1 Pectina como biosorbente 2..2.2.2.1....1.2.1..3..1.1.-Determinación del contenido de cenizas 3.Reactivos 3.Determinación del contenido de humedad 3.6.5.1.-Cinética de biosorción 2.Determinación del contenido de metoxilo..4.MATERIALES.3.2.2.Hidrólisis ácida.Posibilidades de aplicación 2.1.2.1.Factores que afectan el proceso de biosorción 2.Procedimiento General 3..1.3.2.2.Precipitación..1.1.1..2.1. Reticulación de la cáscara de plátano.Resultados obtenidos en la caracterización de la pectina obtenida.2.Muestras de pectina obtenida a diferentes condiciones de pH y temperatura.1....Contenido de cenizas.1.1.estudio de la Isoterma de Freundlich.2. 4.4.3.2..Contenido de Humedad 4.4.3...Peso Equivalente y Acidez libre 4.1.2....Estudio según la Isoterma de Langmuir 3.1.2..3..Desmetoxilación de la cascara de plátano.2. 3.5.Rendimiento 4...Resultados de las pruebas de biosorción 4..3..3.1..Determinación del grado de esterificación 3. 3.2.. 4.Proceso de biosorción de Cd+2 en cáscara de plátano en función de pesos de biosorbente y diferentes concentraciones iniciales de cadmio (II) 3.2H2O.Efecto del pH en la biosorción de Cd+2 por cáscara de plátano reticulada 3..1.Estudio de la biosorción de acuerdo a los modelos teóricos de Langmuir y Freundlich.3.Preparación de la Solución Madre de Cd (NO3)2.3. 3.2.4. 3.6.5.5.2.Contenido de metoxilo y grado de esterificación 4.2.1.1.1.Estudio de la cinética de biosorción de Cadmio (II) 3.2. CAPITULO IV EVALUACION Y RESULTADOS 4.4.5..Pruebas de Bioadsorción 3.1-Efecto del pH en la biosorción de Cadmio (II) por cascara de plátano 4.4.2..Proceso de biosorción de Cadmio (II) en cáscara de plátanos en función de pesos 7 .1.Tratamiento y desmetoxilación de la cáscara de plátano 3. 4.5..2. 4.2. 4.Biosorción de Cadmio (II) en función de la concentración en equilibrio a un peso fijo de biosorbente.2. 4.3...Estudio de la cinética en el proceso de biosorción CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFIA RECURSOS WEB APÉNDICE 8 .del biosorbente a diferentes concentraciones iniciales de Cd(II) . En la parte experimental se ha determinado parámetros como solubilidad. también se realizó un pretratamiento a este material que actuará como biosorbente mediante la reticulación con una solución 0. En el siguiente capítulo nos ocupamos de las bases teóricas del fenómeno de bioadsorción teniendo en cuenta dos aspectos como son la adsorción física y la quimisorción. poder de gelificación. acidez. Los experimentos sobre el efecto del pH en el proceso de biosorción de Cd (II) por cáscara de naranja pretratada. peso molecular.2M de CaCl2. viscosidad. el pH de esta solución se ajustó a 5 usando una solución 0. poder contaminante en aguas y su toxicidad. El material tratado fue secado en una estufa a la temperatura de 40 o C por 24 horas. En segundo lugar hacemos referencia al cadmio. 9 . se hicieron también pruebas de biosorción de Cd+2 con cáscara de plátano en función de pesos de biosorbente y diferentes concentraciones iniciales de cadmio (II) . longitud de cadena.En primer lugar se ha caracterizado dicho compuesto determinando propiedades tales como su solubilidad. viscosidad.05 M de HCl. la pectina peso molecular con el fin de caracterizar la referida pectina. mostraron que el rango óptimo de pH se encontraba entre 4.5 – 5. sus propiedades y usos. poder de gelificación. La reticulación se efectuó manteniendo todo el sistema en agitación constante durante 24 horas.RESUMEN En el presente trabajo se ha investigado la biosorción de Cd (II) usando como material biosorbente la pectina contenida en la cáscara del plátanos (Musa cavendishii) . acidez. longitud de cadena. intercambio iónico. es así que se obtiene la pectina reticulada. producción de baterías y refinerías de zinc. utilizado como biosorbente de metales debido a los grupos funcionales que contiene. a partir de la pectina contenida en la cascara de plátanos. La biosorción involucra la adsorción y absorción de contaminantes por biomasa muerta e inactiva de origen biológico. Para mejorar su capacidad de sorción se realizan modificaciones fisicoquímicas. electrodeposición. Estos biopolímeros muestran una real importancia en la época actual. INTRODUCCIÓN La presencia de cadmio en aguas residuales es un gran problema. es por eso que la biosorción aparece como una nueva técnica atractiva por su bajo costo e incluso para el tratamiento de soluciones diluidas. por tal motivo se ha propuesto llamarlos los biopolímeros del siglo XXI. Los efluentes industriales son generalmente tratados con métodos químicos como la precipitación química. 10 . Por lo tanto los desechos de cascara de plátano son la materia prima más abundante e importante para su uso como biosorbente. El cadmio es usado extensamente por diversas industrias incluyendo metalúrgicas. Así. debido a su alta toxicidad y proceso de acumulación. Todos estos métodos son generalmente buenos para soluciones de concentraciones altas e involucran un alto costo.Biosorción de Cadmio (II) en función de la concentración en equilibrio a un peso fijo de biosorbente. a partir de una desacetilación parcial. adsorción y sistemas de membranas. el principal problema de la calidad de agua por la actividad minera es generalmente debido a los efectos no controlados de los lixiviados tóxicos de este metal. Los procedimientos y parámetros establecidos en este trabajo para la sorción de cadmio en medio acuoso por la pectina contenida en la cascara de plátano podrían ayudar a un futuro tratamiento de aguas residuales de refinerías o desechos industriales contaminados con cadmio (II). Si bien es cierto se trabajó a concentraciones de cadmio muy por debajo de lo normal en desechos industriales y en medio básico. debido al alto contenido de grupos amino en la pectina y así poder retirarlo del ambiente. y afectarán. cambiando el medio para obtener los máximos de sorción. Se puede apreciar los distintos casos de contaminación de cauces de ríos en nuestro país por mencionar algunos de ellos la contaminación del río Huallaga por fuentes de 11 . los efectos son a largo plazo. Una vez generado estos lixiviados y vertidos a fuentes de agua. debido a sus propiedades tóxicas sobre la fauna acuática como a las fuentes de aguas subterráneas debido a la migración de estos. esta técnica de biosorción.Entre las propiedades más importantes de la pectina. una vez concentrado en la masa polimérica proceder a un tratamiento secundario o recuperación del cadmio a través de una desorción y poder utilizar nuevamente el polímero. teniendo en cuenta la eficiencia de sorción con las características del referido material y la presencia de otros metales en solución.LINEAMIENTOS DE LA INVESTIGACIÓN PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La contaminación del medio ambiente y especialmente las fuentes de agua por residuos tóxicos de la minería y otras actividades industriales del ser humano perjudica severamente la vida acuática de los ríos y la ecología de su entorno. aún a perpetuidad.. esta su capacidad quelante de metales. debido a esto se puede formar complejos con los metales y poder ser utilizado para la sorción de cadmio. Igualmente en la industria minera podría utilizase para la remoción de metales preciosos y de alto valor económico. En este trabajo se realizaron investigaciones con el fin de aplicar este biopolimero para la sorción de cadmio (II) en aguas. tanto al uso de aguas superficiales. plata y platino. su control es difícil y costoso. como el oro. se propone como un tratamiento secundario. IV. En áreas donde existe mineralización de plomo se encuentra también el Cadmio (II) . es el de la cuenca del río Rímac que alberga una población grande y un amplio rango de actividades socio económicas que incluye la actividad minera establecida desde hace mucho tiempo. San Miguel y Milpo que aportan sus lixiviados tóxicos a dicho río. Surco. aunque ya cuentan con un Programa de Adecuación Medio Ambiental (PAMA). y se hace el problema aún más grave ya que los grupos mineros potencialmente responsables a menudo tienen insuficientes fondos para cubrir los costos del tratamiento de dichos drenajes ácidos de mina. Colqui. Es cierto que existen una serie de métodos de tratamiento de los mencionados lixiviados unos más eficientes y económicos que otros. las cuales al encontrarse en estado de abandono se convierten en pasivos mineros. los mismos que causan significativos problemas ambientales debido principalmente a la generación de drenajes ácidos de mina portadores de lixiviados de plomo y bajas concentraciones de Cadmio (II). suministro de agua a comunidades incluyendo Lima. la irrigación de tierras agrícolas y la recepción de aguas de desecho tanto domésticas como industriales. Tamboraque. sin embargo la búsqueda de un nuevo método que ofrezca ventajas sobre los ya conocidos y aplicados es siempre conveniente. la generación hidroeléctrica. el presente trabajo plantea las siguientes interrogantes para la investigación: ¿Sera posible la remoción de Cadmio (II) por biosorción con cascara de plátanos (Musa cavendishii) reticulada con solución de cloruro de calcio. Pacococha. Matucana. Venturosa. Existen alrededor de 611 minas inactivas en el Perú.contaminación actuales y potenciales de las minas Pilar. Millontingo. siendo los distritos de Chilca.? ¿Cuáles son los parámetros que se deben manejar para lograr una alta eficiencia en la remoción de Cadmio (II)? 12 . Caridad. Huanza y Carampoma los de mayor concentración de labores. La actividad minero metalúrgica en la cuenca del Río Rímac se sitúa principalmente en las provincias de Huarochiri y Lima. Atacocha. Otro caso de contaminación más cercano. esto no quiere decir que ya no contaminen el río Huallaga. Los centros mineros más destacados de la zona se encuentran ubicados en Casapalca. San Mateo. Lichicocha y Cocachacra. En consecuencia. OBJETIVOS ESPECÍFICOS • Relacionar las distintas características de la pectina proveniente del plátano ( Musa cavendishii) con su capacidad de sorción. HIPOTESIS GENERAL “El empleo de la pectina contenida en la cascara de naranja reticulada logra alta eficiencia en la reducción de Cadmio (II) de los referidos lixiviados tóxicos” HIPÓTESIS ESPECÍFICAS: • Se podría remover iones Cadmio (II) de lixiviados tóxicos de este metal empleando la pectina contenida en la cascara del plátano ( Musa cavendichii) reticulada. cantidad de pectina. tamaño de partícula. • Existe la posibilidad de incrementar la eficiencia de remoción de Cadmio (II) modificando variables VARIABLES DE LA INVESTIGACION 13 . • Aplicar la pectina proveniente del plátano (Musa cavendishii) como biosorbente de cadmio (II) en medio acuoso y determinar parámetros de sorción óptima. Estudio de la biosorción de Cd (II) a partir de las soluciones acuosas diluidas por cáscara de plátano (Musa cavendishii) reticulada con la evaluación de la máxima capacidad de biosorción de Cd (II) por este material con ayuda de la ecuación de Langmuir. agitación para optimizar el proceso de sorción.OBJETIVOS GENERALES • Caracterizar la muestras de pectina proveniente del plátano (Musa cavendishii) mediante diversos métodos. • Determinar los parámetros necesarios como el pH. concentración del cadmio (II) en solución. INDICADORES DE LA VARIABLE INDEPENDIENTE: Peso de cáscara de plátano reticulada / volumen de lixiviado tratado. así como el análisis y sistematización de la información obtenida acerca del tema. Método experimental: El cual nos permitirá realizar análisis químicos cuantitativos para poder comprobar la hipótesis planteada. INDICADOR DE LA VARIABLE DEPENDIENTE: Concentración inicial del Cd (II) en los lixiviados tóxico.VARIABLES DEPENDIENTES Porcentaje (%) de reducción de Cd (II) en los lixiviados del referido metal. agitación METODOLOGÍA: Para comprobar la hipótesis aplicaremos de una investigación aplicada para lo cual desarrollaremos diferentes métodos: METODO Cualitativo: El cual nos permitirá realizar una descripción detallada. tamaño de partícula de cascara de naranja reticulada. 14 . VARIABLE INDEPENDIENTE Biosorción del Cd (II) por la cascara de plátano reticulada. pH. La Tabla 1 muestra el rendimiento promedio de pectina obtenida a partir de éstas.PECTINA Las sustancias pépticas son un grupo complejo de polisacáridos localizados en la lamela media y la pared primaria de las células vegetales. los vegetales y los productos procesados [10]. [2] TABLA 1. frutas cítricas. naranja. Contribuyen a la llamada textura de las frutas. Las pectinas se obtienen de materiales vegetales que tienen un alto contenido de éstas. constituyen básicamente las fuentes industriales de pectinas.CAPÍTULO I MARCO TEÓRICO 1.CARARTERIZACION DE LA PECTINA 1. tomate de árbol. tales como manzanas. guayaba dulce. bagazo de manzanas y albedos de cítricos (limón.. piña.1. maracuyá y remolacha. RENDIMIENTO DE PECTINA. La pectina fue definida por Kertesz (1951) como los ácidos pectínicos solubles en agua de grado de metilación variado que son capaces de formar geles con azúcar y ácido bajo condiciones determinadas.1.1. toronja).. Los subproductos de la industria de zumos de frutas. FRUTO % PECTINA CITRICOS 20 – 35 15 . limón verde. 1. Éstas son insolubles en agua y se hallan en mayor cantidad en los tejidos de los frutos no maduros o verdes. Ácidos pectínicos Si solo una parte pero mayoritaria de los carboxilos está esterificada.2.3.1.S. Clasificación de las sustancias pécticas Según cuántos grupos carboxílicos están esterificados en la cadena o polímero [11]. pag 110-115.MANZANA 10 -15 GIRASOL 15 -25 REMOLACHA 10 -20 MARACUYA 15 . Ácidos pécticos Estos compuestos no poseen grupos carboxílicos esterificados.1. Pectinas Son los ácidos pectínicos.1.2.2.4. Protopectinas Si todos los carboxilos están esterificados. Stashenko E.1. U. Vol 16.2. ácidos o iones polivalentes 1. se clasifican en: 1. 1. Las sales de estos ácidos se llaman pectinatos 1.1. 1. Obtención de aceites esenciales y pectinas a partir de subproductos de jugos cítricos. con un contenido medio de éster metílico. Revista de la Facultad de Química Farmacéutica. solubles en agua caliente. Las sales de estos se denominan pectatos y reaccionan fácilmente con los iones calcio de las células 16 . Perea A. Estos compuestos son capaces de formar geles si las condiciones de sólidos solubles y pH son adecuadas.2.20 FUENTE: Rojas J. La principal característica es su capacidad de formar geles en presencia de suficientes sólidos solubles.N.2.M.M. mayor es la temperatura de gelificación. El otro grupo es de gelificación lenta (Slowset) es decir gelifican después de 5 minutos y tienen entre 60 y 68% de esterificación con metanol [13].1. en particular. o sea del número de grupos carboxilos esterificados con metanol. y en general de los materiales vegetales. Las pectinas de alto metoxilo pueden subdividirse en 2 grupos: las de gelificación rápida (Rapidset). así como también en la presencia y las posiciones de otros grupos químicos como amidas y etoxilo. El grado de esterificación de las pectinas de alto metoxilo influye mucho sobre sus propiedades. o sea menor a 5 minutos y tiene un grado de esterificación con metanol entre el 68 y el 75%. Las cadenas de pectina están interrumpidas por unidades de L-ramnosa unidas mediante enlaces α 1-2 [10].5 y un contenido de sólidos solubles (azúcar) entre 60% y 70%. 1. 17 . Éstas pectinas son capaces de formar geles en condiciones de pH entre 2. Las pectinas de las frutas.1. varían en el contenido de metoxilo y poder de gelificación. 1. Pectinas de alto metoxilo Son aquellas en las cuales más del 50% de los grupos carboxilos del ácido galacturónico del polímero se encuentra esterificado con metanol como se puede ver en la Figura. lo cual compromete su capacidad de fluir. pectinas de alto metoxilo y pectinas de bajo metoxilo.3.1. se distinguen dos tipos. También se puede encontrar galactosa. arabinosa. También varían en la longitud de la cadena y los elementos involucrados en su estructura.3. Desde el punto de vista del contenido de metoxilo.para producir compuestos insolubles en los jugos de frutas.8 y 3. Por lo menos 3 de estos azucares neutros se han encontrado en pectinas en forma de cadenas laterales cortas.1. Composición química y estructura de la pectina La pectina es un polímero del ácido D-galacturónico con unidades enlazadas por enlaces α 1-4. dando un precipitado visible comúnmente en la separación de fases o abanderamiento en los néctares. [12]. pueden formar geles con un contenido de 65% de sólidos solubles (azúcar). a mayor grado de esterificación. El contenido de metoxilo en las pectinas comerciales se encuentra entre el 8 y el 11%. glucosa y xilosa. Pectinas de bajo metoxilo Son aquellas en las cuales menos del 50% de los grupos hidroxilo están esterificados con metanol. generalmente se emplea calcio.3. En éste caso la formación del gel ocurre por la formación de enlaces de dichos cationes con moléculas de pectina. Para la formación del gel requieren la presencia de cationes divalente.1. Los geles se pueden obtener entre pH 1 a 7. pero la presencia de calcio (40 a 100mg) es el factor predominante en la formación del gel. el pH no afecta la textura del gel ni el intervalo de sólidos solubles y puede fluctuar entre 0 y 80%.2. formando una red tridimensional con los grupos carboxilo de ésta [10]. FIGURA N°2 PECTINAS CON BAJO GRADO DE METOXILO FUENTE: BIOQUIMICA DE LOS ALIMENTOS Miguel Calvo 18 .FIGURA N°1 FUENTE: BIOQUIMICA DE LOS ALIMENTOS Miguel Calvo 1. 1. Propiedades fisicoquímicas de la pectina 1.4. En las pectinas con alto grado de esterificación.4 por lo menos un 40% de los ésteres metílicos están desesterificados y por lo tanto será difícil lograr la formación de un gel estable con presencia de concentraciones de 65% de azúcares.4.2. se considera que a un pH de 3.4. en solución tienen carácter ácido el cual depende del medio y del grado de esterificación. La pectina es insoluble en solventes orgánica y en soluciones de detergentes cuaternarios.1. polímeros. Poder de gelificación Para las pectinas con alto metoxilo. el pH.4. El pH de las soluciones de pectina varía entre 2. El calcio y otros iones polivalentes aumentan la viscosidad de las soluciones de pectinas y algunas pectinas de bajo metoxilo pueden gelificar si la concentración de calcio supera un cierto límite 1.4. éstos agentes se emplean para precipitar la pectina de las soluciones después de un proceso de hidrólisis por tratamiento de la materia prima. La pectina tiene una constante de disociación de 0. dimetilformamida y glicerina caliente [14]. los grupos laterales y la concentración de la pectina en solución.3. la temperatura.1.1. Un exceso en la concentración del azúcar puede producir 19 . Acidez Las pectinas son neutras en su estado natural. la concentración y la presencia de electrolitos.4 como función del grado de esterificación.1. Viscosidad Las pectinas forman soluciones viscosas en agua. Solubilidad El agua es el mejor solvente para las pectinas también es soluble en formamida.1 a 10x10-4 a 19ºC 1.1.1.4. ésta propiedad depende del grado de polimerización de la pectina. 1. la viscosidad por efecto de su presencia aumenta al aumentar el peso molecular. proteínas y cationes polivalentes.8 y 3. 1.4. sin despolimerización. es una característica muy importante de la que dependen la viscosidad de sus disoluciones y su comportamiento en la gelificación de las jaleas. de hecho se pueden obtener buenos geles entre valores de pH de 2. en la cual el agua.7. el azúcar y otros solutos se mantienen.1. aún bajo condiciones no favorables a la gelación.5 y 6. no dependen tanto del pH. Los pesos moleculares de pectinas y su distribución fueron estudiados sistemáticamente por viscosimetría y determinaron que los pesos moleculares variaban de 20000 a 300000 1.5. Acción de las bases La adición de hidróxido de sodio permite obtener primero las sales ácidas. Una mayor concentración de calcio puede conducir una sinéresis excesiva.6.4.1% p/p en base húmeda. La determinación cuidadosa del peso molecular es difícil. Segmentos de la cadena molecular están juntos por cristalización limitada para formar una red tridimensional.5.1.4. parcialmente debido a la extrema heterogeneidad de las muestras y a la tendencia de las pectinas a agregarse. Un gel de pectina puede considerarse como un sistema en el cual el polímero está en una forma entre completamente disuelto y precipitado. Longitud de cadenas Determina la consistencia del gel y está por lo tanto íntimamente relacionada con el poder gelificante.1.cristalización en el almacenamiento. 1. los geles son menos rígidos y se pueden trabajar con menos sólidos solubles. relacionado con la longitud de la cadena. luego los pectinatos neutros y después ocurre el fenómeno de desmetoxilación o sea rompimiento de los ésteres metílicos. Peso molecular El peso molecular de la pectina.01 y 0. En el caso de las pectinas de bajo metoxilo. 20 . Los grupos éster pueden ser separados de la molécula aun a baja temperatura. pero requieren calcio en una concentración adecuada que varía entre 0. 1.4.1.1. La cascara despectinzada es lavada 21 .4. Acción de los ácidos Solubilizan la protopectina.1. Al término de la reacción la suspensión se filtra a través de tela muselina.5 en un reactor enchaquetado de mezclado ideal a 40ºC. entre éstas está la endo-poligalacturonasa producida por el hongo Aspergillus niger que degrada con alta eficiencia las cáscaras. si su efecto se continúa se afectan los enlaces glicosídicos 1 – 4 y se pueden romper. se presenta la decarboxilación con formación de CO2 y furfural [17]. logrando liberar un alto porcentaje de material péctico 1. y a un pH fuertemente ácido. para fabricar industrialmente pectinas con características especiales.10. Se han desarrollado enzimas que son capaces de degradar las conchas de las diferentes frutas para la separación de la pectina. y la PG ataca las uniones de las unidades de ácido galacturónicos disminuyendo el peso molecular.4. aceleran la separación de los metoxilos. Las enzimas pectinolíticas son producidas por hongos y bacterias. por esta razón se emplea medio ácido controlado en los procesos de extracción de la pectina. A bajas temperaturas predomina la saponificación y altas temperaturas la despolimerización 1. Acción de las enzimas Sobre las pectinas pueden actuar la pectinmetilesterasa (PME) y la poligaractunosa (PG). cambiando así todas las propiedades que dependen de éstas características. Extracción enzimática de pectina Para el proceso de extracción enzimática se utilizan las siguientes endopolisacaridasas: endo-poligalacturonasa (Aspergillus niger).) y endoarabinasa (A. Níger). temperaturas altas y tiempos largos. La degradación enzimatica de cascaras de frutas se realiza bajo las siguientes condiciones: Se ponen 80 ml de amortiguador ácido cítrico-citrato de sodio 50 mM. La primera ataca a los grupos carboxilo esterificados con metanol liberando los grupos ácidos y el metanol. pH 4.9.8. La reacción se debe mantener bajo agitación constante durante 12 h. Luego se agregan 5 de enzima altamente purificada y posteriormente se agregan 2 g de cascara. endo-celulasa (Trichoderma sp. que normalmente tienden a salir de la estructura del hielo. debido al poder adsorbente de la macromolécula péctica.2.-ASPECTOS GENERALES DEL CADMIO 22 . También estabiliza bebidas lácteas acidificadas con soja y productos basados en el trigo.con agua y deshidratada con solventes orgánicos. en particular leches y productos lácteos. consecuencia del papel de protector y regulador del sistema gastrointestinal [21] Las pectinas de alto metoxilo asociadas a otros principios activos. donde evita la precipitación de proteínas. helados y polos. Este efecto se acompaña frecuentemente de una acción antivomitiva.11. que permite la inhibición de toxinas 1. incluso antes de descubrirse la molécula de pectina. 1.[20] En los sorbetes. Se formulan con pectinas amidadas de bajo metoxilo que proporciona la textura y el punto de congelación adecuados. La pectina contenida en jugo pectico se precipitada con dos volúmenes de etanol y separado por filtración. tienen una gran utilización en los tratamientos de gastritis y úlceras.[20] Las bebidas de bajas calorías son muy claras (de textura) y tienen la falta característica de sensibilidad a la boca que proporciona el azúcar en los refrescos convencionales. así. En los polos retiene los aromas y colores.3. Aplicaciones de la pectina La pectina de alto metoxilo preserva a los productos lácteos de la agregación de caseína cuando se calienta a valores de pH inferiores a 4. ya que al ser ingerida cubre las paredes estomacales de una especie de película más o menos gelificada. reemplazar a la pulpa del fruto en tales productos. sin duda. además.[20] La acción antidiarreica es la propiedad más universalmente conocida. Este efecto se usa para estabilizar los yogurts líquidos y tratados con UHT y también para mezclas de leche y zumos de fruta.[20] La gelatina ha sido la base tradicional para los postres de jaleas. Puede usarse pectina para mejorar la textura de tales productos y. permitiendo a los niños de corta edad asimilar y tolerar mejor los alimentos. se añade una acción desintoxicante. la pectina puede usarse para controlar el tamaño del cristal.4.1. y la protege de hipersecreciones gástricas y biliares. y es. Su acción en la pared intestinal es análoga. cuando el medio es muy reductor puede formarse el sulfuro de cadmio. precipitando debido a su baja solubilidad y acumulándose en los sedimentos. además como intermediario en procesos químicos. Diversas industrias como la producción y refinería del metal. Existen diversos compuestos de cadmio los cuales se presentan con estado de oxidación (II). además su relativa solubilidad de sales e hidróxidos lo convierten en un contaminante cosmopolita. la fabricación de baterías de Níquel .1 El cadmio como contaminante El nombre del cadmio deriva del término latino para la calamina (cadmía. quienes emiten usualmente en forma particulada de pequeño diámetro. formuladores de pigmentos e industria no férrea. como son la fabricación de baterías. El cadmio en aguas. y en formas de sulfatos para recubrimientos electrolíticos.Cadmio. El cadmio se ubica en la atmósfera generalmente por dos grandes fuentes de emisión.1. Debido a esto se encuentra al cadmio como contaminante en diversos ecosistemas como agua. carbonato de zinc) debido a que se presenta mayormente en la naturaleza como impureza de las menas de zinc. 23 . inferior a 10 um (intervalo de partículas respirables) y además sujetas al transporte a larga distancia por acción del viento. se debe al aumento de la solubilidad de algunas sales de cadmio cuando el pH disminuye. el cual le imparte una coloración amarilla. determinando en 1817 al cadmio en la Universidad de Gottingen. suelo e incluso seres vivos. incluso más elevada que la mayoría de metales pesados. aire. con» sulfuros se utiliza como pigmento amarillo en las diversas industrias de pinturas. los procesos de combustión. catalizadores y recubrimientos electrolíticos. Debido al interés en descubrir el causante de esta coloración es que se conducen a diversas investigaciones. También el cadmio metálico se utiliza como barras de control de los reactores nucleares Dentro de los metales que presentan mayor movilidad ambiental está el cadmio.2. En las fundiciones donde se suelen producir partículas de mayor tamaño. Los óxidos de cadmio son las formas más aplicadas en la industria. son más susceptibles a depositarse por gravedad a distancias cortas del punto de emisión. ya sea por procesos de fitosorción o bioacumulación. y suelos. es un metal blanco plateado pero empañable. En suelos y sedimento se incrementa la absorción al aumentar el pH y en suelos ácidos el cadmio puede disolverse y desplazarse hacia las aguas subterráneas.2. la diferencia es que el zinc es un elemento esencial en los organismos vivos. en la industria del plástico. El cadmio se enlaza mucho mejor con ligandos que contiene sulfuros.especialmente del Cinc. liberando hidrógeno y dando iones divalentes. En el caso de los seres vivos. forma parte de las menas de carbonato de zinc y se obtiene muchas veces como subproducto de los procedimientos de fusión de zinc. plomo y cobre. absorten eficientemente el cadmio. como las plantas. El cadmio constituye un producto secundario y usualmente se separa del zinc por precipitación de soluciones de sulfatos. Como metal. pesticidas. el cadmio es muy difícil de encontrarlo puro en la naturaleza. Otras fuentes de exposición que también constituyen un riesgo son el humo y el consumo de productos vegetales contaminados con cadmio (terrenos ácidos).2 Características químicas y usos del cadmio El cadmio es un elemento traza no esencial y está presente en el aire. 1. galvanotecnia y además es usado como semiconductor. mucho más larga que el mercurio. El cadmio es ampliamente usado como protector de otros metales contra la corrosión. constituyendo parte de la cadena alimenticia y ruta de exposición para otros seres vivos. suelen exponer a un mayor riesgo a los trabajadores.El cadmio se caracteriza por ser ampliamente persistente en el medio ambiente y tiene una vida media biológica de 10 a 30 años. de masa atómica de 112. el cadmio tiene una configuración electrónica similar al zinc. incluso 24 . Diversos estudios se vienen dando sobre la característica de algunas plantas para sorber el cadmio y así aprovechar esta cualidad para procesos de efluentes contaminados.4 g/ mol y bajo punto de fusión de 321° C. agua. Se combina fácilmente con la mayoría de los metales pesados para formar aleaciones. Su estado de oxidación más estable es +2. El cadmio y el zinc reaccionan fácilmente con ácidos no oxidantes. en partes eléctricas. Otros lo usan en las soldaduras. Una de las características del cadmio es su maleabilidad y puede ser llevado hasta láminas. como pigmento. 3 toxicidad del cadmio Existen dos vías principales de exposición al cadmio. Dentro de los efectos agudos que se producen por inhalación de humos y material particulado en aire. hematíes y metalotioneína. como la albúmina. indicando serios daños en los glomérulos. 25 . debido a que este metal inhibe la activación de la vitamina D en la corteza renal. tiene efectos tóxicos agudos y crónicos. la degeneración de los túbulos renales. El cadmio se acumula con preferencia en los riñones y el hígado. La exposición crónica causa distintos efectos tóxicos. edema pulmonar e incluso la muerte. En los pulmones se observa un comportamiento dosis-dependiente llevando a un cuadro de bronquitis crónica. el cadmio puede ser transportado acomplejándose con proteínas plasmáticas de alta masa molecular. El daño que ocasiona el cadmio en los huesos. hipertensión. esta última se ve favorecida con la falta de calcio y hierro ya que una dieta deficiente de estos dos. Cuando el cadmio ingresa al organismo humano. causan enfermedades como la neumonitis. reacciones inflamatorias etc. El calcio Ca + es un ion muy parecido al cadmio Cd2+ en tamaño y densidad de carga. como la albúmina. produce osteoporosis y dolores óseos. por la fuerte unión del grupo sulfhídrico de dicha proteína con los metales. aunque también aparecen cambios en los glomérulos. La patología renal se manifiesta con la presencia de proteínas de baja masa molecular en la orina. puede participar en la destoxificación de metales. la ingestión e inhalación. entre los que destacan las enfermedades obstructivas pulmonares crónica. 1.mejor que la primera serie de transición. Como resultado de todo esto se tiene la pérdida de funcionalidad de los riñones. Los efectos tóxicos en el riñón son irreversibles y consisten en la degeneración de las células de los túbulos. favorece la absorción del cadmio. Una vez en la sangre. También existen casos donde aparecen proteínas de alta masa molecular en la orina. y alteraciones óseas. el cual produce una menor absorción del calcio. fibrosis pulmonar y destrucción del tejido alveolar. La metalotioneína a diferencia de las demás proteínas.2. En el caso de iones la interacción dependerá del tipo de ion (anión o catión). además de diversos estudios en animales de laboratorio. que se encuentran en una determinada fase. teniendo en cuenta que la vida media del cadmio en el cuerpo humano es de aproximadamente 30 años [U2]. el cadmio fue clasificado como un agente cancerígeno en el grupo I1 por la Agencia Internacional de Investigación del Cáncer "IARC" en 1993.La destoxificación generalmente se da por la orina.1 ADSORCIÓN Es un fenómeno de atracción de partículas (átomos. Para un determinado adsorbente podemos diferenciar la interacción con adsorbatos según: Especies con distintos grados de polaridad se explican mediante las reglas de Rebinder y Traube que se resume en “lo polar adsorbe lo polar y lo apolar adsorbe lo apolar”. por la superficie de un sólido o líquidos. la carga y tamaño del mismo. 26 . Debido a las correlaciones entre los estudios realizados a personas expuestas a inhalación de cadmio en sus centros de trabajo y la aparición de cáncer en las mismas. moléculas). iones. La adsorción es un fenómeno espontáneo debido a la existencia de fuerzas no compensadas en la superficie de división de fases. CAPITULO II LA BIOSORCIÓN COMO TECNICA DE REMOCIÓN DE METALES PESADOS 2. . 1 Adsorción Física Esta adsorción es no específica debido a que las fuerzas de atracción de las moléculas a las superficies sólidas energía de activación por adsorción física son relativamente débiles.Biosorción. Estos sitios que sirven como centros activos para la biosorción se encuentran ubicados en los grupos 27 . frutos.1. en la actual secuestración del metal puede tener lugar fenómenos físicos (Adsorción física) o por enlaces químicos (quimisorción). Esta tecnología principalmente dirigida a la remoción de metales pesados o especies metaloides de soluciones diluidas por diferentes materiales de origen biológico (algas.3. 2. productos agrícolas estos materiales se encuentran en y algunos tipos de polímeros). muy La tecnología de biosorción es similar a la del carbón activado e intercambio iónico.1. hongos. gran abundancia en la naturaleza y su transformación a biosorbentes no es un proceso costoso. Estas fuerzas decrecen rápidamente 2.g. estas son estudiadas utilizando el modelo de Langmuir.2 Quimisorción Esta adsorción es específica y las fuerzas de atracción son mucho más fuertes que la adsorción física. La no es más de 1Kcal/ mol. La biosorción ocurre cuando los cationes de los metales se unen por interacciones electrostáticas a los sitios aniónicos que se encuentran pared celular de los citados en la materiales biosorbentes.. La biosorción es un proceso fisicoquímico que incluye los fenómenos de adsorción y absorción de moléculas e iones. 2.1. bacterias.La biosorción es un proceso espontáneo que consiste en el aumento de la concentración de las moléculas e iones en la superficie de sólidos o líquidos debido a la existencia de fuerzas no compensadas en la superficie de éstos.La adsorción implica un fenómeno de superficie . las moléculas adsorbidas son atraídas por fuerzas de valencia del mismo tipo como los que ocurren entre átomos en moléculas. etc.2. que forman parte de la estructura molecular de la mayoría de los polímeros de origen biológico.. microalgas. naturales. esta propiedad es bien utilizada en la biorremediacion y recuperación de efluentes industriales contaminados con metales pesados. hongos.1. sulfónico. La recuperación de algunos de esos metales es una posibilidad. amino. 2. hidróxilo. adsorción y/o precipitación inorgánica. El esquema 1 nos muestra el interés para la aplicación de esta técnica de biosorción usando materiales adsorbentes 28 .1. La secuestración del metal puede ocurrir vía complejación.Biosorbentes Los biosorbentes bacterias. hongos.1. La biosorción utiliza la habilidad de materiales biológicos (Biosorbentes) acumular metales de residuos acuosos por intervención para metabólica o caminos fisicoquímicos.Proceso de Biosorción Esta tecnología se basa en la recuperación de metales usando biomasas de organismos vivos y no vivos como bacterias. imino.. biosorbentes plantas para ser de o microorganismos.3.carboxilo. El descubrimiento y desarrollo del fenómeno de biosorción proporciona una base para una nueva tecnología integral apuntando a la remoción de especies de metales pesados de soluciones diluidas en el rango de 1 a 1000 mg/L. Estos son materiales algas derivados marinas. coordinación. algunos aplicados polímeros necesitan ser pretratados químicamente para tener una mejor capacidad de adsorción en los procesos de aplicación como remoción de metales pesados o recuperación de especies metálicas en solución Los biosorbentes son capaces de adsorber especies iónicas de metales en soluciones acuosas. intercambio iónico. 2.3. La fuente para estos materiales puede encontrarse en desechos de agricultura. aplicando y la de esta manera una técnica se biomasa cargada podremos destructiva o separan con la el recuperar el metal no destructiva de recuperación. Los costos de estos productos pueden aumentar principalmente debido al procedimiento de preparación pero aun así es relativamente bajo. en el caso de esta ultima la biomasa puede ser regenerada para ser usada nuevamentente en el proceso de biosorción. En esta técnica la biomasa extrae metales del efluente industrial contaminado. EFLUENTE INDUSTRIAL BIOSORCIÓN POR BIOMASA TRATADA DIAGRAMA 1. luego por filtración sólido/líquido descarga descontaminada contaminante. FILTRACIÓN – SEPARACIÓN LIQUIDO/SÓLIDO BIOSORCIÓN CARGADA DESCARGAS DESCONTAMINADAS 29 RECUPERACION NO DESTRUCTIVA RECUPERACIÓN DESTRUCTIVA . procesos de fermentación o uso de algas marinas.para la extracción de iones de metales pesados de efluentes industriales todo esto debido a la abundancia y bajo costo de la materia prima al encontrarse en grandes cantidades. El uso de biomasa muerta tiene ventajas sobre la utilización de biomasa viva. La bioadsorción es un tipo particular de proceso de adsorción. el 30 . ya que en este último no es necesario adicionar nutrientes. Esta operación continúa hasta que se establece un equilibrio entre el adsorbato disuelto y el adsorbato enlazado al sólido. Editorial CRC Press. Esta fase líquida puede ser agua destilada. que consiste en la captación de diversas especies químicas por una biomasa (viva o muerta). ó cualquier efluente líquido del que quiera extraerse uno o varios contaminantes. 7-43.. El proceso de bioadsorción implica una fase sólida constituida por la biomasa (adsorbente) y una fase líquida (disolvente) que contiene las especies disueltas (adsorbatos) que van a ser retenidas por el sólido. aunque con biomasa viva también puede esperarse un ingesta activa del contaminante (Lu et al. a través de los mecanismos vistos hasta el momento. como es el caso en el presente Trabajo Fin de Máster. 2006). Para que este proceso se lleve a cabo debe existir afinidad del adsorbente por los adsorbatos. para que estos últimos sean transportados hacia el sólido donde van a ser retenidos por diferentes mecanismos. 1990. empleada en los experimentos iniciales para el ensayo de un nuevo bioadsorbente. USA.BIOSORCIÓN DE SOLUCIONES ACUOSAS POR BIOMASAS FUENTE: Volesky B. “Extracción y recuperación de metales pesados pobiosorción en biosorción de metales pesados". Desde el punto de vista práctico. La especie Absidia orchidis es capaz de eliminar eficazmente plomo. Existen numerosos materiales naturales tales como los microorganismos y las algas que pueden actuar como bioadsorbentes. hojas de distintas plantas. También poseen propiedades potenciales como materiales bioadsorbentes una serie de productos de desecho procedentes de fermentaciones industriales a gran escala. No obstante lo anterior. la recuperación del adsorbato es más fácil y la biomasa se comporta como un intercambiador de iones. fundamentalmente las del género Sargassum. han mostrado su capacidad para adsorber selectivamente oro a bajos valores de pH. tales como hongos. y el hecho que el estado de valencia del metal no puede ser alterado biológicamente. Cu(II). Las algas constituyen una fuente abundante y económica de biomasa. los procesos no están gobernados por limitaciones biológicas.Aplicación de la bioadsorción en efluentes reales Durante los últimos 30 años. 2.3. 2009). La base científica predominante para la selección del bioadsorbente son las isotermas de equilibrio de adsorción. alta sensibilidad hacia los cambios de pH. también la disponibilidad y precio del bioadsorbente son factores importantes a tener en cuenta (Vieira y Volesky. Pb(II). entre otros (Cañizares-Villabuena. las algas marrones.. ha aparecido una gran cantidad de investigaciones sobre la bioadsorción de metales y sus posibles 31 . 2. Otros parámetros como la velocidad de difusión son.1.1. como materiales bioadsorbentes (Wang y Chen. Así. se deben tener en cuenta los inconvenientes que este proceso conlleva tales como: una rápida saturación del sólido. 2000). desechos de cítricos. en general. además de iones Cd(II). bacterias y levaduras.4..Selección del bioadsorbente adecuado La selección del biosorbente adecuado de entre una gran cantidad de distintas biomasas es un problema complejo. También existen trabajos de investigación que han empleado turba. 2000). de importancia secundaria.adsorbente resulta inmune a la toxicidad o a condiciones de operación adversas.3. etc. Ni(II) y Zn(II).3. sólo unos pocos trabajos se ocupan de la eliminación de metales pesados de aguas residuales.Jing et al. 2010. Por su parte.. en su mayoría. 2009). todas ellas en la ciudad de Faisalabad (Pakistán). (2007) emplearon biomasa procedente de la casia (Cassia fistula). para una máxima adsorción. para realizar estudios cinéticos de eliminación de Ni(II) de efluentes industriales. En la mayoría de ellas. curtido de pieles e industria textil. electroplateado Ni-Cr.. (2007) realizaron un estudio de eliminación de Cr(VI) de aguas residuales empleando tanto el alga Ulva lactuca como el carbón activado producido de ella. 32 . recogieron muestras de 7 industrias relacionadas con la elaboración de baterías. Algunos otros trabajos se realizan en aguas residuales artificialmente preparadas (Jainet al.. aunque los estudios están desarrollados. No existen en la bibliografía muchas investigaciones sobre el uso y compatibilidad del biosorbente aplicado en efluentes industriales reales.36 mg/g de alga y carbón activado. agua del mar o agua residual). respecitvamente.61 mg/g y 112. Así. El agua residual empleada era una mezcla compleja del drenaje de diferentes industrias y efluentes agrícolas del municipio de Alejandría (Egipto).. Para ello. por último. 2009. 2011) y. La mayor parte de la literatura disponible sobre experimentos de bioadsorción se refiere a disoluciones acuosas en agua destilada. aunque en el apartado de Conclusiones la mayoría de los autores apuesta por su biosorbente como un material natural eficaz para el tratamiento económico de aguas residuales que contienen metales pesados. Los porcentajes de adsorción.aplicaciones. la cual se filtraba a través de papel Whatman nº 40 antes de los experimentos de adsorción. Rathinam et al. Estos autores observaron que la capacidad de adsorción de este bioadsorbente no se veía mermada por el tipo de solución que contenía el metal pesado (agua destilada. El-Sikaily et al. sobre agua destilada o aguas residuales artificiales preparadas para el estudio. Hanif et al. necesitando dos horas y concentraciones de 10. la bioadsorción se considera como una biotecnología rentable para el tratamiento de aguas residuales que contienen metales pesados (Wang y Chen. se emplean diferentes reactivos químicos (desorbentes) de naturaleza ácida o básica. Se conocen varios compuestos que han demostrado funcionar bien como desorbentes.-. etc. dejándolas libres para que nuevos iones puedan depositarse en ellas. aunque no todos conservan bien la estructura superficial del bioadsorbente.ISOTERMAS DE ADSORCIÓN La adsorción es la interacción superficial entre un elemento o molécula (adsorbato) y una fase sólida (adsorbente). Hay que tener en cuenta que determinados desorbentes son demasiado agresivos para la estructura biológica de un bioadsorbente.3. con su regeneración previa. Como resultado de la adsorción. CH3-COOH y HNO3.2. (Kiliç. por lo que funcionan muy bien para extraer o eluir el metal retenido por la biomasa. 2009).5. Regeneración y reutilización de bioadsorbentes Un aspecto clave del proceso de bioadsorción es la posibilidad de reutilizar el bioadsorbente varias veces. H2SO4. generalmente carbón activado o distintos tipos de adsorbentes naturales (bioadsorbentes). que deben de permitir la recuperación del bioadsorbente con capacidades cercanas a las iniciales para que este pueda seguir siendo efectivo. La reutilización del bioadsorbente... es un punto a tener en cuenta a la hora de analizar el coste económico del proceso. la molécula orgánica o el metal pesado queda retenido superficialmente en el elemento empleado para su eliminación. concentración. sin destruir por tanto la estructura que permite la acción propia del bioadsorbente. Para ello. 2. El proceso de regeneración consiste en un lavado del bioadsorbente con un desorbente que elimina los iones de las capas más superficiales. Difiere de la absorción en que esta última constituye un proceso en el que las moléculas o átomos de una fase interpenetran 33 . HCl.2. La recuperación o regeneración del bioadsorbente utilizado se lleva a cabo mediante procesos de desorción.1. para ello han de estudiarse las condiciones óptimas de pH. Existen estudios en los que se ha logrado hasta el 100% de recuperación del metal. aunque dejan inservible el bioadsorbente para adsorciones futuras. por ejemplo.. et al. Ce (mg/L) la concentración de compuesto orgánico o metal que permanece en la disolución una vez que se ha alcanzado el equilibrio. La gráfica que representa el compuesto retenido por el adsorbente (qe) en equilibrio con la concentración en la disolución (Ce) se conoce como isoterma. Kf (mg/g) es el factor de capacidad de Freundlich o coeficiente de adsorción de Freundlich y 1/n es el parámetro de intensidad de Freundlich. estableciéndose una disolución.2. Por el contrario. como ya hemos visto. De la ecuación [1] se deduce que. Se trata de una ecuación empírica que da una descripción precisa de la adsorción de estos compuestos en condición de equilibrio y a temperatura constante (de ahí el nombre de isoterma). en el intercambio iónico se establece un cambio de una sustancia o ión por otra sobre la superficie del sólido (Appelo y Postma. como hemos dicho.. [1] Donde qe (mg/g) representa.1.casi uniformemente en los de la otra fase. la adsorción del compuesto orgánico o metal en equilibrio. siendo las más usadas las isotermas de: Freundlich • Langmuir 2. La adsorción es medida generalmente dejando reaccionar el adsorbente con disoluciones acuosas del compuesto orgánico o metal pesado en un rango de concentraciones determinado. para valores fijos de 1/n 34 ..ISOTERMA DE FREUNDLICH La isoterma de Freundlich (1906) viene representada por la ecuación [1]: qe = Kf Ce½ …………. 1993). un parámetro empírico relacionado con la intensidad de la adsorción. y ha sido modelizada por distintos autores. Este lecho de adsorbente en la columna posee una duración conocida como bed life (Z). Se observa que cuanto mayor es la capacidad de adsorción por parte del adsorbente (qe) menor será la dosis del mismo requerida (D) para alcanzar el mismo nivel de contaminante en el efluente. por ejemplo.y Ce.ISOTERMA DE LANGMUIR La isoterma de Langmuir (1918) sirve también para la modelización de datos experimentales de adsorción. Por lo general. 2. la cantidad de adsorbente o bioadsorbente requerida para eliminar un contaminante del agua en una columna de adsorción..[4] donde qmax (mg/g) representa la máxima capacidad de adsorción del adsorbente y b(L/mg) es la constante de equilibrio de Langmuir. aplicando logaritmos a los dos miembros de la expresión y obteniendo la ecuación [2] ………………. La mínima dosis requerida de bioadsorbente viene dada por la ecuación [3] ( ) …………………………..[2] Esta isoterma de adsorción [2] nos sirve para calcular. y viene representada por la ecuación [4]: ……………………………………….[3] Donde Ci es la concentración del compuesto a la entrada (influente) y Ce es la concentración del compuesto a la salida (efluente). que puede definirse como la cantidad de agua contaminada admitida por la columna (L) por masa de adsorbente (kg). esta ecuación [1] se suele representar en su forma lineal. cuanto mayor sea el valor de Kf.2. La ecuación [4] también suele representarse en su forma lineal mediante la ecuación [5]: 35 .2.. mayor será la capacidad de adsorción por parte del carbón activado (qe). al disminuir la temperatura. La temperatura influye en la medida que las reacciones de adsorción son normalmente exotérmicas y por tanto.FACTORES QUE AFECTAN EL PROCESO DE BIOSORCIÓN La adsorción depende de un gran número de factores. a diferencia del incremento de presión. Por otra parte. cuando se incrementa la fuerza iónica de la disolución en contacto con el adsorbente. y menor su presión de vapor (elevado punto de ebullición). aunque las variaciones normales de temperatura sólo tienen pequeños efectos sobre el proceso de adsorción. Por consiguiente. Así. • La presión. Para una superficie pH dependiente. El incremento de temperatura no beneficia el proceso de adsorción. el grado de adsorción será presumiblemente mayor..……………………………. un incremento en la concentración de electrolito generará un descenso de potencial al producirse un aumento de la distancia a la partícula. • La temperatura. que actúa favoreciéndolo. Entre ellos se encuentran: El tipo de compuesto o adsorbato a eliminar y su concentración en el agua. 36 . la capa difusa que los rodea se comprime y el potencial eléctrico decae más rápidamente con la distancia a la superficie. • La humedad del adsorbente. 3. • La fuerza iónica del medio.[5] 2. la adsorción funcionará mejor cuanto mayor sea el peso molecular del compuesto a eliminar. la superficie potencial variará en función de la concentración de electrolito y del tipo de carga de la superficie de las partículas (constante o dependiente del pH). • El pH. radio iónico. Al igual que en el estudio del equilibrio se determina la influencia de las características fisicoquímicas del adsorbente. Una vez identificado el biopolímero respecto a su peso molecular promedio. b) Difusión externa: Desplazamiento desde la capa exterior hasta la superficie del adsorbente 37 . soluto y medio. Se han postulado las siguientes etapas en el mecanismo de la cinética de biosorción ver figura 1 a) Desplazamiento de los iones metálicos desde la solución hasta la capa exterior alrededor de la partícula. el tamaño de el la estudio cinético son porosidad.La fuerza de enlace con que los iones son retenidos o adsorbidos en los lugares de cambio depende. tal y como se comentará en el capítulo de Resultados y Discusión En general. Supone un incremento del tamaño del ión y por tanto reduce su movilidad. Si se asume que las fuerzas de enlace en la adsorción. asimismo.4. la hidratación es directamente proporcional a la carga del ión e inversamente proporcional al radio iónico. número de sitios activos. 2007). de otros factores. pKa y solubilidad. son esencialmente electrostáticas y que bajo condiciones ordinarias los iones adsorbidos están hidratados. agua de hidratación del ión y posibilidad de pérdida de esta agua de hidratación (Hawari y Mulligan. la concentración del medio pH y la temperatura. 2. los cationes con radios hidratados más pequeños se acercarán a los lugares de carga negativa más fácilmente y serán retenidos con más fuerza que un catión de mayor radio hidratado. y para el proceso la velocidad de agitación. las características para seguidamente partícula. entre los cuales cabe citar la valencia y tamaño del ión.-Cinética de Biosorción Los modelos cinéticos describen el proceso desde el inicio del contacto soluto adsorbente hasta el tiempo en que se alcanza el equilibrio. El análisis demuestra que los sitios activos son provistos por macromoléculas llamadas biopolímeros. El paso a) solamente requiere la homogeneidad del medio mediante agitación suficiente y d) se considera instantáneo. así. las cuales ordenadas en capas confieren la adecuada condición a la membrana celular FIG. interacción iónica o precipitación. d) Adsorción sobre los sitios activos por acomplejamiento. la biosorción es controlada por mecanismos de difusión a partir de una velocidad mínima de agitación.c) Difusión intraparticular: Cuando el soluto se desplaza desde la superficie externa hasta el sitio de adsorción al interior de la partícula. Puede ser difusión Intraparticular de poro o difusión homogénea de superficie. N° 3 Mecanismo de Difusión 38 . disolver y biosorber oro. Pt.5.. Ag.5. Actualmente se vienen desarrollando nuevas técnicas para el tratamiento de este tipo de efluentes las cuales son viables y permiten la eliminación de estos contaminantes de manera efectiva.5. simultánea biosorción de estos complejos microorganismos. Otro ejemplo interesante es la recuperación del oro procedente de sus menas usando un nuevo proceso combinado que incluye la disolución del oro elemental y la oxidación a un complejo iónico: Au-ión cianuro.2 Medio Ambiente El interés en procesos de descontaminación se debe a que los metales pesados son considerados perjudiciales para el medio ambiente. 2. puede conducir a una detoxicación y cura de la descarga ambiental.2. estas variables son importantes ya que de esa forma la recuperación del metal se hace más factible usando materiales biosorbentes. El mecanismo de biosorción también varía entre los elementos. La capacidad de biosorción industrial depende de las capacidades de carga. Actualmente en lo que respecta a biorremediacion existen parámetros que indican cuales son los valores de límite máximo permisibles de estos 39 . Los tratamientos de estas biomasas pueden llevar a recuperar elementos valiosos como Au. La liberación de con la subsiguiente disueltos de oro cianuro por y usando ciertos parte de ciertos microorganismos es utilizada para oxidar.1 Industrial La biosorción tiene interés industrial porque elimina potencialmente a los metales pesados tóxicos procedentes de soluciones de residuos industriales de procesos metálicos y mineros. todo esto comparado con otras técnicas convencionales como la flotación y precipitación. Los valores límite para las emisiones de metales se van reduciendo de forma constante según la Organización Mundial de la Salud (OMS).POSIBILIDADES DE APLICACIÓN 2. selectividad del metal y eficiencias de adsorción. son mayoritariamente utilizadas para la producción de geles azucarados. interacción iónica o precipitación muy similar al que tiene lugar en los alginatos . que retiene a la fase sólida en el interior de su estructura. por otra parte. ya que en su gelificación es menos sensible a la concentración de azúcar.contaminantes en el agua potable. requieren de la presencia de iones calcio para su reticulación . al medio ambiente de manera que aquí también se tiene que tener en cuenta una nueva reducción del valor límite de las aguas residuales. 2. 40 . Esta red se forma en condiciones óptimas de pH ácido. como las mermeladas y jaleas. son utilizadas como agentes gelificantes en productos de bajo contenido de azúcar.6. estos valores han sido tomados de los valores guía recomendados por la Organización Mundial de mercurio y el cadmio se consideran de la clase I la de Salud. estos materiales perjudiciales no tendrían que llegar a ser posible. Es decir.1 Pectina como biosorbente El mecanismo de gelificación que tiene lugar se conoce como “egg box”. denominado así porque la adsorción se realiza sobre los centros activos por acomplejamiento. contenido de azúcar y a determinadas concentración de calcio 2. según la OMS los valores límite para los metales pesados de las aguas residuales puede variar de acuerdo a los sectores industriales y a las regulaciones nacionales. o “caja de huevos”. La gelificación de las pectinas de bajo metoxilo es debida a la formación de una red tridimensional. si bien. 6 BIOSORCIÓN POR PECTINA Las pectinas de alto metoxilo. el materiales perjudiciales según la normativa 76/464 de la comunidad europea. Las pectinas de bajo metoxilo. por interacción de las cadenas de pectinas en disolución acuosa con los iones calcio y el azúcar. El (apéndice) 3 muestra los valores límite para algunos metales pesados de las aguas residuales y del agua potable. Se propone la formación de dos redes gelificadas que coexisten en una fase homogénea: una gobernada por asociaciones diméricas tipo “caja de huevos”.menor a 50%).6. arabinosa.2 Remoción de Cd+2 por la pectina de la cáscara de plátanos reticulada con Ca 2+ 41 . 2. particularmente Ca+2 (pectina de bajo GE. y la otra por medio de hélices que se agregan al formarse .Las pectinas son utilizadas ampliamente en la industria de alimentos como gelificantes. mientras que en ciertas pectinas los grupos hidroxilo están parcialmente acetilados. a saber. Representación esquemática del modelo “caja de huevos” para la gelificación de pectina de bajo grado de esterificación. rammosa. mediada por R. galactosa. xilosa y glucosa. FIGURA N° 4 . De acuerdo al grado de esterificación. las pectinas forman geles en un medio ácido y alta concentración de azúcar (pectinas de alto GE mayor a 50%) o por interacción con cationes divalentes. Azúcares neutros también están presentes. dependiendo del origen botánico y el proceso de extracción los grupos carboxílicos están parcialmente esterificados con metanol. R2 Ca2+ + M2+ R2 M2+ + Ca2+ ……………. De esta forma el Ca2+ unido a las cadenas poligalacturonicas hasta alcanzar las es desplazado por el Cd 2+ concentraciones de equilibrio en ambas fases. [6] Para poder comprender este proceso se ha propuesto el siguiente modelo: R2 Ca2+ + Pb2+ R2 Pb2+ + Ca2+ FIGURA N° 5 Modelo de intercambio iónico entre el Ca (II) ligado a las cadenas poligalacturónicas y el Cd (II) en solución. 42 .La remoción de metales por pectina reticulada con Ca2+ se da básicamente por un fenómeno de intercambio iónico entre el Ca2+ y los iones metálicos en solución hasta lograr un equilibrio. Los grupos intercambiadores iónicos son los grupos carboxilo la ecuación [6] describe este proceso de Intercambio Iónico Metal/Calcio. 1.. 3.MATERIALES. 1000 mL - Matraces erlenmeyer de 100. 15mL y 25 mL) Clase A - Baguetas de vidrio - Embudos de vidrio de vástago largo - Espátula de acero inoxidable - Piscetas - Buretas 43 . REACTIVOS Y EQUIPOS 3. Clase A - Vasos de precipitado de 100..Materiales de Laboratorio - Fiolas de 100 ml.1. 10mL.400.CAPITULO III PARTE EXPERIMENTAL 3.2.Material de origen biológico Plátanos (Musa Cavendishii) cinensis reticulada.250 mL - Pipetas volumétricas (5mL..1.1. 3.Solución de CaCl2 0.1. Modelo: 30400. Cd (II).5.Análisis de Cd (II) en las muestras La concentración de Cd (II) en las muestras se determinó por la técnica de Absorción Atómica.Agua desionizada . Modelo: 3110. Código: ROT-1 (o equivalente) Procesador de muestras: Marca: Retsh.Reactivos .Solución de HCl 0.5 ppm . 3..Solución de HCl 0.1 M . - Soporte de madera para embudos. Modelo: Clinical Rotator.Equipos Espectrofotómetro de absorción atómica: Marca: Perkin Elmer.1 M . 100..500 ppm . 400.2M .- Papel filtro Whatman N 40 - Cinta de pH. Código: BA-1 (o equivalente) Balanza Granataria electrónica (de dos decimales)Marca: Kern. 2.05 M .02N . Código: PM-2 y/o PM-3 (o equivalente) 3.4.Solución de cadmio. Cd (II).Solución Estándar de cadmio.1. Código: CM-5 (o equivalente) Agitador mecánico: Marca: Fisher. 1.1. Código: EAA-1 (o equivalente) Mufla programable: Marca: Barnstead Thermolyne. Código: BE-1 (o equivalente) Plantilla de calentamiento: Marca: Thermolyne. 200. Modelo: 440-33.Solución de NaOH 0.Agua ultrapura (tridestilada) 3.Solución de CdNO3 0. Norma técnica IIB01: Determinación del límite de detección y 44 . Modelo: 2600. Modelo: GM200. Código: MU-1 (o equivalente) Balanza Analítica Marca: Sartorius Modelo: BP 110 S.300.. . 1992. 3.Obtención y reparación del material bioadsorbente 3.9. Washington APHA.7± 0.2. 3.1.1) nm - Combustible = Acetileno - Oxidante = Aire - Slit = 0.2.5.Método official de: AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION Standar Methods for the Examination of Water and Wastewater. con el agregado de HNO3 tal que su concentración final sea del 1%.2.. Método FLAAS* .Obtención de la pectina de la cascara del plátano (Musa cavendishii) 45 .5847 µg/L 3. Laboratorio 3.Condiciones instrumentales para el análisis de Cd (II) por Absorción Atómica: - Se usa corrección de fondo (background) - Lámpara de cátodo hueco de Cadmio - Longitud de onda = (228..12.de cuantificación en Espectrofotometría de Absorción Atómica.1. Dirección Nacional de Medio Ambiente.5 mg/L - Limite de detección = 0. Código 48001 Cadmio.5. pp 3..7 width /high - Medida de señal = Absorbancia - Sensibilidad = 0.1.5. 18th Edition.025 y 3.Curva de calibración del equipo de Absorción Atómica Preparar soluciones estándar entre 0.1.0 mg/L de cadmio a partir de la solución 6. extraida de: MANUAL DE PROCEDIMIENTOS ANALITICOS PARA AGUAS Y EFLUENTES Ministerio del Medio Ambiente. 1.P. HCl 37% HIDRÓLISIS ACIDA C2H5OH 80% EN VOLUME PRECIPITACIO N FILTRACION SECADO TRITURACION TAMIZADO A 80 U.3. en su esencia es el mismo para todas.PROCEDIMENTO GENERAL El procedimiento general para la obtención de pectina a escala de laboratorio de diferentes materias primas no cambia. los procesos principales son la inactivación de enzimas pécticas en las cáscaras. ESQUEMA N° 2 PROCESO GENERAL PARA LA OBTENCIÓN DE PECTINA 46 . En el esquema N°2 se muestra el proceso general para la obtención de pectina: MATERIA PRIMA SUCIEDA E IMPUREZA S INACTIVACIO N DE ENZIMAS MOLIENDA DE CASCARA AGUA A EBULLICIÓ N POR 15 MIN.1..2.S. hidrólisis ácida y precipitación de la pectina. Se decanta el agua y la materia prima queda lista para la hidrólisis 3. Cuando se usa ácido clorhídrico del 37%. ácido nítrico o.3.1.5 y 3.2.1.2.2. Se prefieren estos últimos porque al usar las pectinas en la industria de alimentos se evitan residuos. Para esta etapa del proceso se empleara etanol al 95% o 96%.Caracterización de la Pectina obtenida: 47 . En la precipitación de las pectinas se recomienda un volumen de alcohol equivalente al 80% de la solución que se va a precipitar.INACTIVACIÓN DE ENZIMAS PÉCTICAS Con el propósito de hacer más eficiente el proceso de extracción es necesario inactivar las enzimas pécticas. mientras que con las sales es necesario un lavado muy cuidadoso para retirar todo residuo. El tiempo de calentamiento de la solución es de 40 a 60 minutos manteniendo la temperatura en el valor deseado (60°C – 80°C).PRECIPITACION La etapa de precipitación de las pectinas se pueden emplear sales o alcoholes.1..1. la agitación permanente debe mantenerse para evitar que el material sólido se deposite en el fondo del tanque de hidrólisis 3.2.1. se calcula que se deben usar de 6 a 8 ml de ácido por cada litro de la solución.1. en ensayos de laboratorio se encontró que disminuyendo el volumen de alcohol a un equivalente el 60% del volumen de la solución no se disminuye el rendimiento de una manera notable y si disminuyen los costos sustancialmente [2].3. con concentraciones cercanas a 300 gramos por litro y calentando hasta ebullición. Sin embargo.. manteniendo la materia prima en agua.. 3.2. preferiblemente. para alcanzar el pH indicado [9].2..HIDRÓLISIS ÁCIDA Al material sólido se le agrega la misma cantidad de agua usada inicialmente y a esta solución se le agrega ácido sulfúrico.1. ácido clorhídrico hasta obtener un pH entre 1. lo cual contribuye a eliminar suciedades o microorganismos presentes en la cáscara. .0 gr de pectina colocarla en un crisol de porcelana previamente preparado. Retirar el recipiente y enfriar en un desecador con cloruro de calcio con indicador de humedad. La humedad de la pectina es un factor que incide directamente en la estabilidad de la pectina porque por sus características químicas permite el crecimiento de microorganismos.2. Una pectina muy seca puede ser resistente a la molienda y presentar un color más oscuro. dejarlo enfriar ligeramente y luego colocarlo en un desecador con cloruro de calcio como agente para controlar la humedad. La humedad se expresa en p/p o sea como gramos de humedad en 100 gramos de pectina. es decir. Colocar el crisol en la mufla a 600ºC durante 4 horas..1. Retirar el crisol de la mufla. Completar ahí el enfriamiento y luego pesar.Determinación del contenido de cenizas Pesar una cantidad exactamente conocida cercana a 1.2.Los datos obtenidos en el laboratorio se analizan para establecer el impacto de las variables manipuladas en la calidad del producto deseado. Una pectina muy húmeda es difícil de pulverizar.2. relacionando la pérdida de peso con relación a la sustancia húmeda.Determinación del contenido de humedad Se coloca una cantidad 1.0 gramo de pectina en un pesa sustancias perfectamente limpio y seco. Expresar el contenido de cenizas totales en términos de p/p en base húmeda. Calentar suavemente con mechero y en cabina hasta fin de desprendimiento de humos. especialmente hongos.2. Secar a 60 ºC durante 24 horas o hasta peso constante. se adhiere a las superficies y tienen menor estabilidad y tiempo de vida útil. gramos de cenizas totales en 100 gramos de pectina 48 . Pesar y determinar el porcentaje de humedad. 3.2. Simultáneamente se caracterizará la pectina para determinar su calidad y si esta cumple con los parámetros internacionales: 3. agregar 100ml de agua recientemente destilada y fría.3. Agitar perfectamente y titular con solución de hidróxido de sodio 0. tapar el erlenmeyer y dejar en reposo por 30 minutos a la temperatura ambiente.25N o la cantidad equivalente de acido para neutralizar la soda adicionada.. trasladar cuantitativamente a un erlenmeyer de 250ml.3.2.5.1N.DETERMINACIÓN DEL GRADO DE ESTERIFICACIÓN El porcentaje de esterificación se calcula dividiendo los miliequivalentes del hidróxido de sodio gastados en la determinación del contenido de metoxilo por la suma de los miliequivalentes de hidróxido de sodio gastados en la determinación de la acidez libre y los gastados en la determinación del contenido de metoxilo y multiplicando este valor por 100 49 .2..2.4. tomando como punto final de la titulación pH 7. con la ayuda de unos 5ml o la cantidad mínima necesaria de alcohol de 95-96% para humedecerla.1N. 3. agitar perfectamente.Determinación del peso equivalente y de acidez libre Para la determinación del peso equivalente por titulación y de la acidez libre se empleó la técnica de Owens.2.5 o color rojizo permanente por 20 segundos.2.DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE METOXILO A la solución empleada para la determinación del peso equivalente agregar 25ml de hidróxido de sodio a 0. la cual consiste en pesar en un vidrio de reloj pequeño 500mg de sustancia péctica.. Se usa la siguiente formula: 3. Agregar luego 25ml de la disolución de acido clorhídrico 0.2. ácido cítrico. este se refiere a un baño con agua tibia inmediatamente. esto se realizó con el fin de extraer o partículas y polímeros de desecho. se filtró y se secó en una estufa a 50 o C..3. luego secó a 40 C. la cáscara de plátano se lavó varias veces en agitación en agua tibia 60 ºC (aprox. 3.3. luego con alcohol de 96 . esto se realizó cortando la cáscara en piezas pequeñas y lavadas cuidadosamente.2.Desmetoxilación de la cáscara de Plátano. Se tomó 30g de cáscara de plátano triturada . Las enzimas pectolíticas son inactivadas con un tratamiento térmico de corta duración. se decantó y luego se lavó con 1. esto para eliminar compuestos indeseables como azúcares. se si la realiza cáscara no básicamente para ha sido tratada eliminar diferentes luego se lavó varias veces con agua desionizada y se secó a una temperatura de 40 ºC para luego ser triturada..2.2M (pH 10 -11) esto bajo agitación lenta por dos horas. glucósidos y polímeros de cadena corta que están presentes en la cáscara .5 volúmenes de etanol de 70º a 50 ºC por 30 min todo bajo o agitación lenta.). El siguiente paso fue desmetoxilar cáscara con NaOH 0.1.Tratamiento y desmetoxilación de la cáscara de plátano El material en estudio se obtiene particularmente de desechos básicamente de desechos de fruta.3. La cáscara debe estar libre de suciedad y cuerpos extraños. lo que impurezas. Lo que se muestra en diagrama N° 3 50 . del su consumo (cáscara de plátanos). se lavó con agua fría varias veces. Reticulación de la cáscara de plátano. esta mezcla se mantuvo bajo agitación constante a 200 rpm por 24 horas usando para ello un agitador magnético.2.2 M.2.DESMETOXILACION DE LA CASCARA DEL PLÁTANO (MUSSA CANVENDISHII) CASCARA LAVADO SECADO T = 40°c TRITURADO POLVO LAVADO CON ETOH SECADO T= DESMETOXILACIÓN CON NaOH 0.2 pH = DIAGRAMA N°3 DESMETOXILACIÓN DE LA CASCARA DE PLATANO.1 M). Se tomó 20 g de cáscara desmetoxilada previamente y se le agregó 500 mL de una solución de CaCl2 0.3.. esto se llevó a un pH 5 (HCl 0. 51 . 3.. producir la formación de mallas tridimensionales en la parte interna para así aumentar la estabilidad mecánica del material como se muestra en el diagrama N° 4 RETICULACION DE LA CASCARA DEL PLÁTANO (MUSSA CANVENDISHII) CASCARA DESMETOXILAD A RETICULACION CON Cacl2 LAVADO FILTRADO SECADO A 40°c CASCARA PRETRATADA RITURADO MALLA 60 . Luego de este tratamiento se lavó varias veces con agua desionizada para eliminar el exceso de calcio.80 PROCESO DE ADSORCIÓN DIAGRAMA N° 4 PROCESO DE RETICULACION DE LA CASCARA DE PLATANOS.Este proceso permite entrecruzar el polímero. También se lavó con agua a baja temperatura (4 ºC) esto se realiza para eliminar diferentes impurezas de polímeros de cadena 52 . Efecto del pH en la biosorción de Cd+2 por cáscara de plátano reticulada Para estudiar el efecto del pH en la biosorción de los iones Cd (II) por la cáscara de plátanos (Musa Cavendishii) se procedió de la siguiente manera: .corta aún existentes El biopolímero tratado se filtró y se secó en una estufa a 40 o C durante 6 horas. 3. Luego de esto se llevó a tamaños de partícula 180 a 250 um (malla 80-60) quedando listo para ser utilizado.4.. Usando agua tridestilada. El cual se utilizará para las pruebas de bioadsorción.4.Se agregó 50 mL de una solución de Cd (II) de una solución madre a una concentración de 40 mg/L a 6 erlenmeyers.. Figura N° 6 Cascara de plátanos RETICULADA Lista parta su uso como bioadsorbente.Preparación de la solución de Cd (NO3)2. 53 .4H2O Se preparó un litro de solución de Cd (NO3)2.1.evaluando diferentes parámetros a saber 3.. 3.4H2O grado analítico con una concentración de 1 g/L = 1000 mg/L.Pruebas de bioadsorción: Las pruebas de bioadsorción que se realizaron fueron en total 24 .3. 5 g de la cáscara de plátano pretratada de tamaño de partícula 180 a 250 um (malla 60-80) luego se le agregó a cada erlenmeyer respectivamente.0.7 y 6. - Las muestras se colocaron en un agitador rotatorio durante 24 horas a 200 rpm a 24 +/.2 g de la cáscara de plátano reticulada de tamaño de partícula 180 a - 250 u m (malla 60-80) y se colocaron en 4 erlenmeyers. 54 . 5.- Proceso de biosorción de Cadmio (II) en cáscara de plátanos reticulada en función de pesos de biosorbente y diferentes concentraciones iniciales de cadmio. - Para estudiar el proceso de biosorción de los iones Cd (II) por cáscara de plátano reticulada. .05 g) y agregándosele a cada erlenmeyer respectivamente.. En este proceso es muy importante el tiempo de adsorción para que el sistema alcance el equilibrio.Luego se pesó 0. - Se tomaron 0. 0.Se mantuvo bajo agitación constante a 200 rpm durante 24 horas una temperatura de a 24 ± 1ºC para que el sistema alcance el equilibrio. 3.4) .1 y 0. se ajustó el pH a 5 con HCl 0. 200 y 100 ppm.4.15.Se ajustaron a diferentes pH (3. 4.1ºC. 4. para la determinación de Cadmio en el filtrado se utilizó la técnica de Absorción Atómica.Después se filtraron las muestras.2. A cada erlenmeyer se le agregó 50 mL de una solución de Cd (II) a una concentración de 500.05 M - El mismo procedimiento se realizó tomando otros pesos de cáscara de plátano pretratada (0.9. 4.9.2. 300. . 55 .Después se filtraron las muestras..2g de biosorbente y se le agregó a 6 erlenmeyers que 50 mL 200 y 100 de solución de Cd (II) a concentraciones de contenían 500.1ºC.4.3.Se pesó 0. En este proceso es muy importante el tiempo de adsorción para que el sistema alcance el equilibrio. - De la experiencia anterior se determinó que el peso óptimo de biosorbente fue de 0.4. 300. el filtrado se utilizó para la determinación de cadmio - con la técnica de Absorción Atómica. utilizó para la determinación de cadmio con la técnica de Absorción 3. - Después se filtraron las muestras. el filtrado determinación de plomo se utilizó para la con la técnica de Absorción Atómica.05M.4. 3. - Las muestras se colocaron en un agitador rotatorio durante 24 horas a 200 rpm a 24 +/.2 g de cáscara de naranja Citrus cinensis reticulada de tamaño de partícula 180 a 250 um (malla 60.Biosorción de Cd (II) en función de la concentración en equilibrio a un peso fijo de biosorbente. ppm respectivamente.2 g. Las soluciones se mantuvieron a un pH de 5 con una solución de HCl 0.- Durante el proceso se mantuvieron constante el pH inicial (pH =5) con una solución de HCl 0.Estudio de la cinética del proceso de biosorción Para determinar el tiempo de la constante del estado de equilibrio: .80). . - Se tomó 0.05M y a una velocidad de agitación constante.. .1. .La determinación de las concentraciones en el equilibrio se realizaron con la técnica de Absorción Atómica.1o C). 3..Se le agregó a 1 L de solución de 100 ppm de Pb (II) a un pH inicial de 4.5 Estudio de la biosorción de acuerdo a los modelos teóricos de Langmuir y Freundlich.68 todo bajo una agitación constante de 200 rpm a temperatura ambiente (26 +/.Isoterma de Langmuir La isoterma de Langmuir (1918) sirve también para la modelización de datos experimentales de adsorción.Se tomaron muestras con una frecuencia periódica de tiempos partiendo de la concentración inicial de Cd (II) desde el tiempo cero hasta el tiempo de 24 horas (ver Tabla 13). 3. 56 .Luego se midió la concentración de Cd (II) en función al tiempo.. [] : donde : qmax (mg/g) representa la máxima capacidad de adsorción del adsorbente y b(L/mg) es la constante de equilibrio de Langmuir. .5. y viene representada por la ecuación ………………………………………. CAPITULO IV EVALUACION Y RESULTADOS 4.0.5 – T = 80°C Muestra obtenida a pH=3.1.T=80°C Muestra obtenida a pH = 1.5.- MUESTRAS DE PECTINA A DIFERENTES CONDICIONES DE EXTRACCION En la siguiente figura se muestran los ensayos más significativos del proceso de obtención de pectina a partir de las cascaras de plátano. Figura 7: Muestras de pectina a diferentes condiciones de extracción Muestra a pH = 1.T=60°C Muestra Obtenida a pH = 3.T=60°C 57 . pH 1.2.06 58 . pH 3. pH = 1.15 12.0. presenta una coloración café claro lo cual es aceptable para una pectina comercial.53 23. Muestra C: Pectina extraída a 80ºC.5 y 3. Es notable resaltar que las condiciones de pH y temperatura de extracción afectan a la coloración de la pectina. Los valores de rendimiento de las muestras se exponen en la siguiente tabla: TABLA 2. Muestra B: Pectina extraída a 60ºC.30 18. tiempo en el que se obtiene mayor rendimiento según los análisis realizados en referencias bibliográficas.RENDIMIENTO: La pectina se extrajo a las temperaturas de 60ºy 80º C. pH 1.. A mayor pH y mayor temperatura se obtienen pectinas más oscuras siendo la temperatura el más significativo de ellos.5.6 5 50 9.08 3 50 6.25 12. pH = 3 t= 60 min T= 80.5 4 50 9. se observa que es la muestra más oscura debido a que a mayor temperatura es mayor la degradación térmica y además por las condiciones de secado por convección.5. Muestra D: Pectina extraída a 60ºC.0.Muestra A: Pectina extraída a 80ºC.5 t= 60 min MUESTRA MATERIAL(g) PECTINA SECA(g) RENDIMIENTO %(p/p) 1 50 6. A cada temperatura se han efectuado extracciones a pH: 1. se observa que es la pectina mas clara lo que indica a simple vista que es de mejor calidad. presenta una coloración café claro lo cual es aceptable para una pectina comercial. Todos los experimentos se realizaron a tiempo constante (60min).61 19.3 2 50 5. pH 3.22 6 50 11. 4.54 11.0. En total se han obtenido 12 experimentos. RENDIMIENTOS OBTENIDOS Y CONDICIONES DE EXTRACCIÓN DE PECTINA A PARTIR DE CASCARA DE PLÁTANO PARAMETRO T= 80. lo que indica que hay altos contenidos de pectina en la cascara de plátano comparado con pectinas comerciales de cítricos con rendimientos cercanos al 10%. pH = 1.07 7 4 1 0.5 y tiempo de 60 minutos y el mínimo corresponde a la muestra 8 a 60Cº. que pasa a pectina soluble.88 15.CONTENIDO DE HUMEDAD El contenido de humedad de la pectina extraída se muestra en la Tabla 9 y nos permite denotar las siguientes conclusiones: TABLA 3.5 t= 60 min 7 50 4.0 y tiempo de 60 minutos 4.02 10 50 8.42 11 50 9.43 18.53 9 50 4. pH 3.91 0.09 9 59 .96 0. ya que se incrementa la hidrólisis de los enlaces de la protopectina.05 5 2 1 0. pH 1.01 8.93 0. El máximo porcentaje de pectina extraída corresponde a la muestra 6 obtenida a 80ºC.18 8.3. El rendimiento de la pectina varía entre 7. CONTENIDO DE HUMEDAD PARAMETRO MUESTRA PESO DE MUESTRA g) PESO DE MUESTRA CONTENIDO DE HUMEDAD PRESENTE HUMNEDAD EN % SOMETIDO A SECADO (g) T= 80. pH = 3 t= 60 min 1 1 0.06%.04 4 3 1 0. A tiempos de extracción constantes..76 7.53% y 23.95 0. la disminución del pH y el aumento de temperatura producen un incremento del rendimiento de la pectina extraída.86 12 50 7.71 17.77 FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA DE LOS AUTORES.T= 60 pH = 3 t= 60 min T= 60.36 8 50 3. . solo dos muestras no cumplieron con el requisitos.99 0. pH = 1. Este resultado de humedad contribuye a que esta pectina tenga mayor estabilidad. Luego enfriamos en el desecador y pesamos.T= 80. Hubo 2 análisis que se realizaron en 4 etapas de 6 seis horas (muestra 5 y muestra 6) lo que posibilito que la muestra se humedeciera nuevamente antes de cumplir las 24 horas de secado. 60 .4.90 0. cerca de 9 horas. tiempo de vida útil y menos posibilidades de permitir el crecimiento de microorganismos. 4.5 t= 60 min FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA DE LOS AUTORES El contenido de humedad es muy variable.01 1 9 1 0.89 0.94 0. la mayoría de los análisis se hicieron en 2 etapas de 12 horas.02 2 10 1 0. La muestra que presentó un mejor valor en el contenido de humedad fue la N° 11. valor que se considera como máximo aceptable.98 0. La mayoría de las muestras quedaron con menos del 10% p/p de humedad.CONTENIDO DE CENIZAS Se tomó una muestra de pectina de peso aproximado 10 g.12 12 6 1 0.93 0.07 7 8 1 0. a una temperatura de 550-600°C. repetimos el proceso hasta peso constante y la aparición de las cenizas de color gris claro. la sometimos al calor hasta el desprendimiento de humos.11 11 T= 60 pH = 3 t= 60 min 7 1 0.08 8 12 1 0. Todas las muestras fueron sometidas a las mismas condiciones de temperatura y tiempo.5 t= 60 min 5 1 0. Esto debido a que esta muestra tuvo mejores condiciones de prensado final y de secado en la estufa.92 0. pH = 1. Esto debido a que el análisis se realizó por etapas.88 0.06 6 11 1 0. luego lo llevamos a una mufla.1 10 T= 60. entre 1% y 12% esto tiene una relación directa con el método de secado (estufa con circulación de aire caliente a 40°C). Figura 8 Crisoles sometidos al calor (desprendimiento de humos) Los valores correspondientes a contenido de cenizas totales pueden observarse en la Tabla 4.8 9 10 0.09 0.5 5 10 0.3 3 10 0.26 2. pH = 1.9 61 .12 1. pH = 3 t= 60 min T= 80.23 2.1 2 10 0.6 7 10 0.26 2.4 4 10 0.15 1.18 1. PARAMETRO MUESTRA PESO DE MUESTRA PESO DE CENIZA(g) CONTENIDO DE CENIZA EN %(p/p) (g) T= 80.2 6 10 0.En la figura 6 se muestran los crisoles sometidos al calor hasta el desprendimiento de humos y dentro de la mufla.11 1.14 1.5 t= 60 min T= 60 pH = 3 t= 60 min 1 10 0.6 8 10 0. T= 60.5) %. por tanto las fluctuaciones se originan a raíz de todo este incidente. El contenido de cenizas más alto fue en la muestra 7. Los datos del contenido de cenizas (0. El contenido de cenizas nos la cantidad de solidos solubles demuestra las debilidades del proceso de selección de las muestras.3 12 10 0. puesto que contiene pocos solidos e impurezas y puede ser utilizada para los propósitos del presente trabajo y una amplia gama de procesos. tuvo un valor de 3.74) %.2 FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA DE LOS AUTORES Los datos oscilaron entre (0.9 – 3. esto debido a que no se realizaron todos los experimentos con una muestra de cascaras de plátano uniforme y con las mismas condiciones.9 – 3. Pero estos valores son inferiores a los arrojados por la pectina comercial MERCK (3. . Las cenizas nos muestran el conjunto de minerales que se encuentran en la pectina. los cuales fluctuaron entre (0.99%).5 11 10 0.5 t= 60 min 10 10 0.12 1. 62 . Vásquez quien también extrajo pectina de plátano en Venezuela en el 2008.5%. esto pudo deberse a que las cascaras utilizadas en este esta muestras tenían gran cantidad de minerales diferentes a los que contiene el plátano en su estado normal. se fue recolectado muestras a medida que se iban realizando los experimentos.99%). nuestra pectina es competitiva. además de que las cascaras se encontraban sucias de resto de grasas que colaborarían a la fluctuación de los datos.81 – 0. teniendo en cuenta la fluctuación valores del contenido de cenizas.13 1. por eso se presentan de contenidos de cenizas altos y bajos.35 3.5) % son superiores a los de R. pH = 1. Pero se mantienen dentro de los niveles aceptables teniendo en cuenta la pectina comercial MERCK (3. 4.5.-PESO EQUIVALENTE Y ACIDEZ LIBRE Para la determinación del peso equivalente y acidez libre por titulación se empleó la técnica de Owens. La Figura 9 es la muestra inicial de pectina, mezclada con alcohol, agua destilada, cloruro de sodio y rojo de fenol como indicador. Se observa el color amarillo. Figura 9. Solución de Pectina, para uso de técnica de Owens Aplicando la técnica de Owens (23), queda una solución de color rojizo, la cual es el resultado de la titulación. En la figura 9 se observa el viraje FIG 10 63 Los valores correspondientes al peso equivalente y la acidez libre pueden observarse en la siguiente Tabla 5. TABLA 5. RESULTADOS PESO EQUIVALENTE Y ACIDEZ LIBRE MUESTRA PESO ACIDEZ LIBRE EQUIVALENTE(m (meq/carboxilos libres/g.) g/meq) 1 505.05 1.74 2 450.45 1.78 3 495.04 1.48 4 526.31 1.9 5 531.91 1.88 6 549.45 1.82 7 649.35 1.54 8 581.39 1.72 9 561.79 1.78 10 543.47 1.84 11 531.91 1.88 12 510.20 1.96 FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA DE LOS AUTORES. Se observó que los pesos equivalentes oscilaron entre 510 y 675 mg/meq, lo que demuestra que se encontraron en un rango apropiado [27]. Mientras que la acidez libre fluctuó entre 1,74 y 1,96 meq Carboxilo/g. El estado de maduración y condiciones físicas de las cascaras de plátano usadas para la extracción de Pectina, no afecto de manera significativa el valor de los pesos equivalentes y acidez libre. 64 Los mayores valores de peso equivalente lo presentan las muestras obtenidas con hidrólisis a pH 1,5 y este valor va disminuyendo a medida que el pH de extracción de torna más básico, debido a que las pectinas obtenidas a pH más alcalino necesitaron menos soda en la determinación y eso se traduce al aplicar la fórmula para el cálculo correspondiente, La acidez libre aumentó a medida que el pH de extracción se tornó más ácido y esto puede deberse al cambio de la naturaleza química de los grupos carboxilo, disminuyendo su estado de forma de sales o esteres y aumentando su presencia como grupos ácidos. Existe una relación directa entre la acidez libre y el pH de extracción, teniendo en cuenta que los mayores niveles de acidez se presentaron, cuando el medio de extracción presenta condiciones extremas de acidez. El peso equivalente disminuyo a medida que el pH de extracción de las pectinas se hizo menos ácido y las condiciones de extracción fueron menos drásticas, esto indica que en medios ácidos hay mayores posibilidades de presentarse reacciones hidroliticas del poligalacturonano que cuando la extracción se hace en medios un poco más alcalinos. 4.6.- CONTENIDO DE METOXILO Y GRADO DE ESTERIFICACION La solución empleada para la determinación del peso equivalente se le agrega aproximadamente 25 ml de hidróxido de sodio a 0.1N, y se agita perfectamente, se deja reposar por 30 minutos a la temperatura ambiente. Luego se agrega, 25 ml de la disolución de ácido clorhídrico 0.25N o la cantidad equivalente de ácido para neutralizar la soda adicionada, para volver a la solución de color amarillo. Se Agita y se lleva a cabo la titulación con solución de hidróxido de sodio 0.1N. 65 Los valores correspondientes al contenido de metoxilo y grado de esterificación pueden observarse en la Tabla 6. 66 . Solución inicial para determinación de Contenido de Metoxilo.Figura 11. Solución inicial para determinación de Contenido de Metoxilo Figura 12. tienen menos del 7% de Metoxilo.TABLA 6.49 11 6.67 FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA DE LOS AUTORES.798 86. por esta razón son de bajo Metoxilo.31 9 4.23 2 2.66 7 2.88 12 6.50% y 76.837 94.882 87.33 3 2.46 4 5.518 86. la relación entre el contenido de Metoxilo y grado de esterificación sugiere la presencia de otros grupos formando complejos con los grupos carboxilos del ácido poligalacturónico. aunque si se tiene en cuenta el contenido de Metoxilo. RESULTADOS CONTENIDO DE METOXILO Y GRADO DE ESTERIFICACIÓN MUESTRA CONTENIDO DE METOXILO % GRADO DE ESTERIFICACIÓN % 1 1.50 10 5. de las pectinas obtenidas por medio de estos procesos tecnológicos. aunque algunas están muy cerca al límite y podrían comportarse como de alto Metoxilo Todas las muestras presentan un alto grado de esterificación. El grado de esterificación oscila entre 95.54% y esto hace que se considere como una pectina de alto grado de esterificación.232 89.014 92.926 95.54 5 6.634 83.79 92.518 76.600 95. seguramente la esterificación del grupo carboxilo 67 . Todas las pectinas extraídas de las cascaras de plátano.18 6 6.564 82.26 8 3. 2.9 39.1. probablemente con etoxilo o que el grupo acido está formado otro grupo de compuestos como los de tipo amida.9 2 4.Ef ecto del pH en la biosorción de Cd (II) por cáscara de plátanos (reticulada) los vemos en graficando la siguiente tabla: TABLA N° 7 PH VS.5 FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA DE LOS AUTORES 68 .7 39.2 39.1 4 4.del polímero es con grupos diferentes al Metoxilo.RESULTADOS DE LA PRUEBAS DE BIOSORCIÓN 4.9 37.4 5 5.0 39.3 6 6. 4.4 36.2..1 3 4.. BIOSORCIÓN DE IONES CD (II) N° MUESTRA pH Cd (II) ADSORBIDO (mg) 1 3. Efecto del pH en la adsorción de Cd (II) en cáscara de plátanos reticulada.5 37 36.6 la capacidad de adsorción no es muy efectiva. Varias razones pueden explicar las características del biosorbente y la capacidad de adsorción además que a pH 5 el Cadmio se encuentra libre.ABSORCION DE Cd(II) Vs pH 40 q (mg/g) de Cd absorbido 39.1 la capacidad de biosorción de Cadmio se incrementa rápidamente. Este incremento de la capacidad de biosorción se aprecia desde un pH de 4.53. A valores de pH menor de 3. 69 .5 gramos de adsorbente En el experimento se ha demostrado que las capacidades de biosorción para cadmio son sensibles al pH debido a que es un parámetro que afecta la biosorción de los iones en solución.5 39 38. Concentración inicial de Cd (II) de 40mg/L 24 h de agitación y 0.5 38 37. La capacidad de biosorción de Cadmio se incrementa con el incremento del pH en solución. =39.5 36 0 1 2 3 4 5 6 7 pH de la solución Gráfico N°13 Fig. esto se observa en la Figura 13. Dentro del rango de pH de 3.90.5 a 5.39 mg Pb/g) a un pH de 4. alcanzándose la máxima capacidad de biosorción (q máx.6 a 4. 1 280 56. 1 500 0..2 450 90.2.0 3 500 0. esto debido a que hay menos competencia de iones hidrógeno en la solución. todos estos resultados se midieron cuantitativamente. PESO DE BIOSORBENTE (gramos) CONCENTRACIÓN MUESTRA N° Cd INICIAL DE CD(II) PESO DE PPM BIOSORBENT (gramos) % de Cd ABSORBIDO absorbido ppm. obteniéndose las siguiente tabla para el grupo de erlenmeyer que contenían 500 300.05 152 30. En este proceso se mantuvo un pH 4. más grupos funcionales están disociados y se convierten en provechosos enlazantes e iones Cd +2 .50 400 80.0 4 500 0.La pared celular de la cáscara de plátanos contiene una cadena de grupos funcionales.4 2 500 0. La biosorción depende de la protonación o desprotonación de estos grupos carboxílicos. A bajos valores de pH (3-4) los ligandos de las paredes celulares estarían asociados con los iones hidronio (H3 0+) que restringen el acceso a los ligandos de los iones metálicos como resultado de fuerzas repulsivas. esta repulsión es fuerte a bajos valores de pH. los grupos carboxílicos e hidroxilo son responsables del intercambio iónico.9 5 ya que los iones Cadmio (II) se encuentran libres y es un óptimo pH para la adsorción.2.Proceso de adsorción de Cd (II) en cáscara de plátanos en función de pesos de bioadsorbente y diferentes concentraciones iniciales de Cd. Esto implica que el tipo y estado iónico de los grupos funcionales de la pared celular determinan la magnitud de adsorción. ácidos débiles.0 FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA DE LOS AUTORES 70 . principalmente grupos carboxílicos. donde se alcanza la máxima capacidad de biosorción.200 y 100 ppm de Cd (II) respectivamente: TABLA N°8 CONCENTRACIÓN DE Cd (II) ABSORBIDO VS. Cuando el pH se incrementa. 4. A PH = 5 . 14 ISOTERMA DE ADSORCIÓN DE CD (II) EN CÁSCARA DE PLÁTANOS RETICULADA A DIFERENTES PESOS Y CONCENTRACIÓN DE 500 PPM DE CD (II).0 4 300 0. TABLA N°9 CONCENTRACIÓN DE Cd (II) ABSORBIDO VS.33 2 300 0.0 FUENTE: ELABORACION PROPIA DE LOS AUTORES. PESO DE BIOSORBENTE (gramos) Concentración MUESTRA N° Inicial de Cd(II) PESO DE ppm BIOSORBENT (gramos) Cd % de Cd (II) ABSORBIDO absorbido Ppm.25 peso de biosorbente (gramos) FIG.1 0.05 145 48.1 250 83.33 3 300 0.Cd absorbido Vs. 1 300 0. 71 .05 concentracion inicial 500 pp Cd+2 0. Peso de biosorbente para 500 ppm de Cd+2 500 Cd absorbido en ppm 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 0.2 285 95.15 0.15 270 90.2 0. 2 180 90.5 3 200 0.25 Peso de biosorbente ( gramos) FIG.1 0. 0.05 145 72. (gramos) 1 200 2 FUENTE: ELABORACION PROPIA DE LOS AUTORES.5 200 0.5 4 200 0. TABLA N°10 CONCENTRACIÓN DE Cd (II) ABSORBIDO VS. 72 .0 MUESTRA N° Concentración PESO DE Inicial de Cd(II) BIOSORBENT ppm.15 177 88.05 0. absorbido 0.Cd absorbido Vs Peso de bioaorbente para 300 pp de concentración inicial 300 250 Axis Title 200 150 100 50 0 0 0. 15 ISOTERMA DE ADSORCIÓN DE CD (II) EN CÁSCARA DE PLÁTANO RETICULADA A DIFERENTES PESOS Y CONCENTRACIÓN DE 300 PPM DE CD (II) PH = 5.15 Concentración Inicial de Cd 300 ppm.2 0.1 165 82. PESO DE BIOSORBENTE (gramos) Cd % de Cd ABSORBIDO (II) ppm. absorbido 1 100 0. TABLA N°11 CONCENTRACIÓN DE Cd (II) ABSORBIDO VS. PESO DE BIOSORBENTE (gramos) Concentración MUESTRA N° Inicial de Cd(II) PESO DE ppm BIOSORBENT (gramos) Cd -% de Cd ABSORBIDO (II) ppm.1 91 91 3 100 0.05 Concentracion inicial de Cd 200 ppm. 16 ISOTERMA DE ADSORCIÓN DE CD (II) EN CÁSCARA DE PLÁTANO RETICULADA A DIFERENTES PESOS Y CONCENTRACIÓN DE 200 PPM DE CD (II) PH = 5.15 0.2 0. 73 .Cd absorbido Vs Peso de biosorbente para 200 ppm de concentración inicial de Cd +2 200 Cd +2 absorbido en ppm.15 95 95 4 100 0.05 87 87 2 100 0. 0.25 Peso de biosorbente ( gramos) FIG.2 98 98 FUENTE: ELABORACION PROPIA DE LOS AUTORES.1 0. 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 0. 1 0. 17 ISOTERMA DE ADSORCIÓN DE CD (II) EN CÁSCARA DE PLÁTANO RETICULADA A DIFERENTES PESOS Y CONCENTRACIÓN DE 100 PPM DE CD (II) PH = 5.Cd absorbido Vs Peso de biosorvente para 100 ppm de concentración inicial de Cd+2 Cd absorbido en ppm. 120 100 80 60 40 20 0 0 0.25 Peso de biosorbente e(gramos) FIG.15 0.2 0.05 0. Peso de biosorbente (cascara de plátano) 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 500 ppm 300 ppm 200 ppm 100 ppm 0 0.2 0.25 Peso de bioorbente ( Cascara de plátano) FIGURA N°18 ISOTERMAS DE EQUILIBRIO A DIFERENTES CONCENTACIONES DE Cd (II) 74 . Grafica de comparación del comportamiento de biosorción de iones Cd(II) a diferentes pesos de biosorbente y concentraciones iniciales de adsorbato: Concentracio Cd+2 absorbido ( ppm) ón de Cd+2 Vs.1 0.05 Concentración inicial de Cd 100 ppm 0.15 0. 1ºC.2.2 g. - Se tomó 0. Según los antecedentes estudiados el tamaño de partícula malla 60-80 es favorable para el proceso de biosorción de Cd (II) con lo que se concluye que a menor tamaño de la partícula aumenta la capacidad de biosorción y hay mayor capacidad de formar enlaces con el biosorbente.La Figura 18 muestra las isotermas de equilibrio a diferentes concentraciones de Cd (II) y a diferentes pesos de material adsorbente tomando en cuenta el tamaño de partícula malla 60-80 (180-250 um). Se consideró el peso óptimo de bioadsorbente 0.3. para los experimentos subsiguientes. 4. el proceso de pretratamiento estabiliza la biomasa y lo hace un mejor adsorbente ya que se forman mallas estructurales que mejoran la capacidad de adsorción. En este proceso es muy importante el tiempo de adsorción para que el sistema alcance el equilibrio.Biosorción de Cd (II) en función de la concentración en Equilibrio a un peso fijo de biosorbente.2 g de biosorbente y se le agregó a 5 erlenmeyers que 50 mL 200 y 100 de solución de Cd (II) a concentraciones de contenían 500.05M. 300. En esta misma figura se observa que a medida que aumenta el peso de bioadsorbente aumenta la biosorción de Cd (II). - Las muestras se colocaron en un agitador rotatorio durante 24 horas a 200 rpm a 24 +/.. ppm respectivamente. - Después se filtraron las muestras. - De la experiencia anterior se determinó que el peso óptimo de biosorbente fue de 0. el filtrado se utilizó para la determinación de cadmio con la técnica de Absorción Atómica. 75 . Las soluciones se mantuvieron a un pH de 5 con una solución de HCl 0.2 g. En mg/ g 0 q max de Cd ABSORBIDO mg/l 0 0 21 0 50 8 91 50 120 200 140 FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA DE LOS AUTORES q max de Cd absorbido en mg/g q max de Cd absorbido( mg/g) Vs. Ceq.TABLA N°12 BIOSORCIÓN DE CD (II) EN FUNCIÓN DE LA CONCENTRACIÓN EN EQUILIBRIO A UN PESO FIJO DE BIOSORBENTE CONCENTRACION EN EQUILIBRIO C eq.2 g. 19 ISOTERMA DE ADSORCIÓN DE CD (II) EN 0.2) 76 .(mg/L) 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 50 100 150 200 250 Ceq mg/L FIG.0± 0. DE CÁSCARA DE PLÁTANO RETICULADA (PH INICIAL 5. 50 1 91. TABLA N° 13 ESTUDIO DE LA CINÉTICA DEL PROCESO DE BIOSORCIÓN DE UTILIZANDO 0.82 90 65.15 60 68.2 El perfil cinético de la biosorción de Cadmio por la cáscara de naranja pretratada fue estudiado considerando una concentración inicial de 100 mg/L.. Se estudió la concentración de la solución de cadmio en función del tiempo (min). se puede apreciar que cerca del 40% de la adsorción de Cadmio ha ocurrido dentro de los 200 min.56 3 87.4.65 30 75. De agitación y apreciándose una disminución de la concentración durante los siguientes minutos.92 20 79.en el cual se tomaron las muestras periódicamente desde el tiempo cero hasta alcanzar el equilibrio.81 77 .2 g DE BIOSORBENTE EN 1L SOLUCIÓN Cd (II) TIEMPO CONCENTRACION RESIDUAL (MINUTOS) DE CADMIO ( mg/L) 0 101.Estudio de la Cinética de biosorción de Cd (II) usando cáscara des metoxilada y reticulada con CaCl2 Cinética de biosorción de Cd (II) usando cáscara de plátanos des metoxilada y reticulada con CaCl2 y una concentración inicial de 100 mg/L.31 2 90.0. a 25 horas de agitación a un pH de 4.2.11 15 81.68 +/.30 10 85. Según los datos experimentales de la cinética se puede determinar que la velocidad de biosorción de Cd (II) fue de 1 ppm/min. pH inicial de 4.68 y un tiempo de agitación de 25 horas a 200 rpm a una temperatura de 24 ºC.4.88 5 85. El equilibrio fue alcanzado dentro de los 210-400 minutos donde no se observaron diferencias significantes en el perfil cinético mostrado en la figura 20.22 45 71. 85 1500 62.83 FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA DE LOS AUTORES Cinetica de adsorción de cadmio con cáscara de plátano Concentraciion residual de Cd en mg/L 120 100 80 DE CADMIO ( mg/L) 60 40 20 0 0 500 1000 1500 2000 Tiempo en minutos FIGURA N° 20 REPRESENTACION GRÁFICA DE LA CINETICA DE ADSORCIÓN DE IONES Cd (II) POR CASCRA DE PLATANO RETICULADA 78 .120 65.71 210 62.74 300 63.33 150 63.75 360 60.42 240 61. 74 y 1. una acidez libre entre 1. a un pH de 1. Del tratamiento de los datos experimentales utilizando el modelo de Langmuir se obtuvo la capacidad máxima de biosorciòn 140. La pectina así obtenida es para usarla como biosorbente. 95. • Aplicando la pectina proveniente del plátano (Musa cavendishii) como biosorbente de cadmio (II) en medio acuoso se determinó los siguientes parámetros de sorción: La máxima absorción se obtuvo a un pH óptimo de 4.96. es una pectina de bajo metoxilo debido a que su contenido es menor de 7%. obtenida a 80°C. Por otro lado el rendimiento en la obtención de pectina fue de 23. un peso equivalente de entre 510 y 675 mg/meq. 300. fue de 0. obteniéndose 90.5 y 3.5 a 76.CONCLUSIONES • La pectina obtenida a partir de la cáscara de plátanos (musa cavendishii) mediante el método de hidrólisis ácida resulto tener las siguientes características fisicoquímicas: Contenido de humedad 12%. cenizas 2.4 Del estudio de la cinética se determinó que el proceso de biosorciòn alcanza el equilibrio dentro de las 4 horas de iniciado el proceso y corresponde a una cinética de 79 . 200 y 100 ppm.5 y durante un tiempo de 60 minutos de hidrólisis ácida. 90 y 98 % de remoción respectivamente arrojando un promedio de 93.06 %.84 mg/g y la constante de equilibrio de 0.54%.9 El peso óptimo de biosorbente para diferentes concentraciones iniciales de Cd (II) 500. Su grado de esterificación es de 95.6% medidos a un pH de 1.25%.2 g/ 50 ml. de solución. Xxxxx orden. La aplicación de la prueba de Student para la validación de la hipótesis nos confirma la hipótesis planteada. 80 . Hacer un proceso de selección exhaustivo de la materia prima escogiendo las cascaras con mejor aspecto. Zn+2. Hg+2) 5. etc.. Cu+2. limpias y sin manchas..Buscar otros métodos de reticulación de la cáscara de plátanos paro poder incrementar su poder de biosorción.Investigar sobre la selectividad del biosorbente con una mezcla de iones como (Pb+2... 2.. 3. Toronja. 81 .. 4. con el fin de evitar que sean hidrolizados componentes no deseados que afecten la calidad de la pectina extraída.Se sugiere utilizar métodos físicos y químicos para modificar las características de la biomasa y aumentar la capacidad de biosorciòn.Buscar otras fuentes biológicas de Pectinas (Limón.Los desechos de la cosecha de plátanos en la selva central de nuestro Perú son abundantes por lo que recomendamos se hagan pruebas a nivel de piloto para que puedan ser usados como biosorbentes para el tratamiento de agua de efluentes industriales.) para comparar los resultados.RECOMENDACIONES 1. 2. 2004. Plomo y Zinc por Biomasa de Medicago sativa (alfalfa)".A. 6.. Actas de la 23 ª Conferencia Anual relativo a las sustancias de traza en Salud Ambiental.Agencia de Protección Ambiental: "La exposición al plomo y cadmio en el agua potable de EE. 4. Polímeros funcionales. 5. Conferencia sobre el Medio Ambiente. Me Graw Hill Decimotercera Edición. 82 .John A. HSRC / WERCJO. Cincinnati. Flores Jaime. Facultad de ciencias..-Gardea J. Holger Maldonado.Chang J. 1994.". Comportamiento de la pectina de la pulpa de guayaba conservada con bisulfito de sodio.. Marta Ly. 1990. Mayo 2007.BIBLIOGRAFÍA 1. XV. 7. G.UU.20-26.Gerente C. 2000-144.. Law R.. 3. Cromo. Revista de Química.. Universidad Nacional de Colombia. (2010). “Biosorción de plomo. Deán. Torres D. La eliminación de iones metálicos de la solución acuosa de polisacáridos naturales de costos bajos: enfoque mecanismos de sorción. Nelson Tapia. "Biosorción con Quitosano: Estudios de Equilibrio". en aguas residuales. cobre y cadmio por la biomasa de aeuginosa Pseudomona PU21”. 2.Acosta. 2.. trabajo de grado. "Lange Manual de Química" Tomo IV. "Biosorción de Cadmio. 134-147. Johanna R.G. Jean D. P. Navarro Mendoza. Universidad de Múrcia (ed. New York. Secretariado de publicaciones e intercambio científico. Tercera Edición.Montserrat Ruiz Planas.Leusch A. T. “Degradación enzimática y características físicas y químicas de la pectina del bagazo de melocotón”. Biotechnol” 12. "sorción de cadmio en absorbentes de quitosano: Los estudios cinéticos y de equilibrio”...2003. Davids. MacRae.Levenspiel... Universidad de Lleida. Tesis para Optar el Grado de Doctor en Ciencias Químicas. 83 . 1999.. 56 (2002) 3219-3226 9. D´zul Erosa. Guibal. “Estudio de la biosorciòn de cobre ( II ) por perlas de alginato de calcio” Tesis para optar el título de profesional Químico. Evans. Saucedo Medina. Cu. G. Aria Amirbahman.Chem .M. William G. Ministerio de Medio Ambiente Dirección Nacional de Medio Ambiente Laboratorio 14. 2008.S. Departamento de Ingeniería Química. Zn) químicamente reforzada con la biomasa de Las algas Marinas "J. Cinética de la absorción de cadmio por conchas de cangrejo a base de quitosano.. S. Biosorción de metales pesados (Cd.JORDI. E. 157-167.8... (2001).Tech.. (1985). 15..I. M. John Wiley and Sons. Universidad Politécnica de Cataluña.UNMSM. Ni. 16. Zdenek R.Oliveira J.MANUAL DE PROCEDIMIENTOS ANALITICOS PARA AGUAS Y EFLUENTES.. "Sustancias pécticas: química y aplicaciones". "Desarrollo de Técnicas Basadas en Polímeros Naturales Para la Recuperación de Metales Preciosos". NAVARRO. 11. O. 61. 1996 10.) 13. Ávila Rodríguez.NAVARRO. "Chemical Reaction Engineering". Pb. Cinética de la absorción de cadmio por conchas de cangrejo a base de quitosano..1/5503/1/MEMORIA 5. Aria Amirbahman.. MacRae.www.com/pdfs/lamicro/mi-2000/mi003f.www. Davids.. Evans.. 2.pdf 4.Johanna R.upc.com/b6muvugyojgi/copy-of-biosorcion-de-metales-pesados 84 .es.imbiomed.17.prezi.scribd..www.com/doc/30772035/Biosorcion-de-metales-pesados 3.medigraphic.com/doc/24630305/Bioadsorcion-de-metales-pesados 6.com.php?method=showDetail&id.. . 56 (2002) 3219-3226 RECURSOS WEB 1.edu/pfc/bitstream/2099.upcommons.scribd. William G.www. Jean D.es.www...www.mx/1/1/articulos. 2.APENDICES Apéndice N°1 DETERMINACION DE CADMIO TOTAL MÉTODO DE ESPECTROFOTOMETRÍA DE ABSORCIÓN ATÓMICA POR LLAMA 1. *NOTA: Los extremos del rango de concentraciones pueden variar según el equipo utilizado. es posible determinar mayores o menores concentraciones por dilución o concentración de la muestra respectivamente.025 a 3 mg/L*. OBJETIVO Esta normativa técnica se usa para determinar cadmio en aguas y efluentes industriales en el rango de 0. REFERENCIAS 85 . 2.1 Norma técnica IIB01: Determinación del límite de detección y de cuantificación en Espectrofotometría de Absorción Atómica. 3. PRINCIPIO La muestra es digerida para reducir la interferencia por materia orgánica y convertir todo el metal a una forma libre determinable por Espectrofotometría de Absorción Atómica (EAA ) con llama a 228,8 mm. El contenido de cadmio se determina mediante una curva de calibración. Para muestras de agua con bajo contenido de sólido en suspensión con una turbidez menor a 1 NTU no es necesario realizar la digestión (punto 7.1). 4. MUESTREO Y PRESERVACION Recolectar en frasco de polietileno de alta densidad de 1L de capacidad de cierre hermético. Ajustar a pH<2 con ácido nítrico (6.1). Analizar antes de 6 meses. 5. EQUIPOS Y MATERIALES 5.1 Espectrofotómetro de absorción atómica con llama. 5.2 Plancha calefactora. 5.3 Balanza analítica de precisión 10 mg. 5.4 Balanza analítica de precisión 0,1 mg. 5.5 Pipetas aforadas de 5 - 100 mL. 5.6 Erlenmeyers de 100 - 125 mL. 5.7 Papel de filtro libre de ceniza. 5.8 Matraces aforados de 25 - 1000 mL. NOTA: Todo el material de vidrio utilizado deberá lavarse con detergente y agua y enjuagarse por inmersión en una solución de HNO3 al 5% v/v durante toda la noche, o un 86 enjuague único con una solución de HNO3 al 20% v/v. Luego se enjuagan tres veces con agua destilada. 6. REACTIVOS 6.1 Ácido nítrico (HNO3) 65 %, d= 1,40 g/mL, ppa. 6.2 Ácido clorhídrico (HCl) 37 %, ppa. 6.3 HCl (1+1): Diluir HCl (6.2) con igual cantidad de agua destilada. 6.4 Ácido sulfúrico (H2SO4) 95-98 % w/V, ppa. 6.5 Solución estándar de cadmio de 1000 mg/L: Disolver 1,0000 g de cadmio metálico (ppa) en el mínimo volumen de HCl (1+1) (6.3). Diluir a 1 L en matraz aforado, con HCl 1% v/v. Almacenar en frasco de plástico. Es estable por 1 año. Pueden usarse soluciones estándar para Absorción Atómica comerciales. 6.6 Agua destilada. 7. PROCEDIMIENTO 7.1 Digestión de la muestra a) Homogeneizar la muestra. Si se dispone de una estimación del contenido total de cadmio en la muestra realizar una toma con pipeta aforada tal que la solución final esté en el rango de medida. La toma mínima a realizar será de 5,00 mL, en el caso de muestras muy concentradas diluirlas luego de la digestión. En el caso de estimar un contenido de cadmio menor a 0,025 mg/L, y de ser necesario, concentrar la muestra durante la digestión. Transferir la toma a un Erlenmeyer de 100 - 125 mL. Paralelamente se realiza un blanco de digestión sustituyendo la muestra por agua destilada. NOTA: Si las características físicas de la muestra son tales que no se puede realizar una toma representativa de la misma con pipeta aforada, se realiza una toma en peso. 87 b) Agregar 5 mL de HNO3. Calentar en una plancha calefactora tal que se obtenga una ebullición leve, concentrar al menor volumen tal que no ocurra precipitación. Si es necesario agregar más ácido y seguir calentando hasta obtener una solución clara. No permitir que la solución se seque durante el calentamiento. Puede quedar un pequeño precipitado no soluble en agua que es luego filtrado. En caso de que la digestión con HNO3 no sea suficiente, usar mezcla de ácidos (sulfúrico y/o clorhídrico). En este caso la medida se realizará por adiciones estándar. c) Lavar el Erlenmeyer con agua, si es necesario filtrar con papel de filtro lavando abundantemente el precipitado, y recoger el filtrado en un matraz aforado. Dejar enfriar a temperatura ambiente y llevar a volumen con agua destilada, homogeneizar. 7.2 Curva de calibración Preparar soluciones estándar entre 0,025 y 3,0 mg/L de cadmio a partir de la solución 6.5, con el agregado de HNO3 tal que su concentración final sea del 1%. 7.3 Determinación directa a) Parámetros instrumentales: Lámpara de cátodo hueco o de descarga sin electrodo de cadmio Longitud de onda: 228,8 nm Corrección de fondo: lámpara de deuterio Combustible: acetileno Oxidante: aire Tipo de llama: oxidante b) Realizar la curva de calibración con los estándares de 0,025 a 3 mg/L. c) Medir las muestras y blancos. 7.4 Determinación por adiciones estándar a) Parámetros instrumentales: Lámpara de cátodo hueco o de descarga sin electrodo de cadmio Longitud de onda: 228,8 nm Corrección de fondo: lámpara de deuterio 88 8. obtenido como en 8.8. Realizar en los 3 matraces restantes adiciones de solución estándar de cadmio tal que la concentración en el matraz B sea el doble que la concentración en A. T = toma de la muestra en mL.5 Si CM es mayor a LC informar el valor obtenido según: Cd (mg/L) = ( CM * FDM . Tener en cuenta que la suma del contenido de cadmio de la muestra más la adición no supere los 3 mg/L. obtenido según: FC = V / T Dónde: V = volumen del matraz aforado usado para recoger el filtrado de digestión en mL. Donde FC es el factor de concentración de la muestra. En el matraz A aforar con agua destilada. CALCULOS Y EXPRESION DE LOS RESULTADOS 8. Ver Norma técnica BII01.4 Si CM es mayor a LDM pero menor a LC informar: Se detecta. o a partir de la curva de adición obtenida en 7. expresado en mg/L.1.3.Combustible: acetileno Oxidante: aire Tipo de llama: oxidante b) Realizar una medida aproximada del contenido de cadmio en la muestra (x).2. 8. Donde FC es el factor de concentración de la muestra.CB * FDB ) * FC Dónde: CM = concentración de Cd en la digestión de la muestra en mg/L 89 . en el matraz C el triple y en el D cuatro veces la concentración de A.1 Se determina los límites de cuantificación (LC) y detección (LDM).3 Si CM es menor a LDM informar: No detectable. 8. c) Tomar 4 alícuotas iguales de la muestra con pipeta aforada en matraces aforados: A. C y D. 8.2 Se determina la concentración de cadmio en la digestión de la muestra y blanco (CM y CB) o en una dilución de los mismos a partir de la curva de calibración obtenida en 7. Cd (mg/L) < LC * FC. Límite de detección = LDM * FC. B. FC = factor de concentración de la muestra.FDM = factor de dilución de la muestra C B = concentración de Cd en la digestión del blanco en mg/L FDB = factor de dilución del blanco.3 90 . obtenido como en 8. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA Y EXTRACCIÓN Muestra de cascara para experimentación Fotografía N° 1 PELADO : fotografía N°2 91 .Apéndice 2. INACTIVACION DE ENZIMAS Fotografía N° 3 HIDROLISIS Fotografía N°4: Montaje de Hidrólisis 92 . Fotografía N°5 Medición de pH de extracción. 93 . PRECIPITADO Fotografía N° 6 : Precipitado de pectina SEPARACIÓN Fotografía N° 7: Separación del gel de pectina mediante centrifugación. SECADO Y TRITURACION Fotografía N° 8: pectina húmeda 94 .
Report "EXTRACCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE PECTINA APARTIR DE CÁSCARAS DE PLÁTANO (Musa cavendishii) PARA DESARROLLAR UN PROCESO DE BIOSORCIÓN DE Cd+2"