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UNIVERSIDAD PRIVADA AUTÓNOMA DEL SUR

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD

CARRERA PROFESIONAL DE FARMACIA Y BIOQUÍMICA

TESIS

“EFECTO DEL pH EN LA REMOCIÓN DE CROMO HEXAVALENTE DE

MEDIOS ACUOSOS A ESCALA DE LABORATORIO USANDO BIOMASA

DE PSEUDOTALLO DE Musa paradisiaca (BANANO)”

PRESENTADA POR:

BACH. HUALLPA BARRIOS DANIELA FERNANDA

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE

QUÍMICO FARMACÉUTICO

ASESORA:

MSc. Ing. BETTY SALAZAR PINTO

AREQUIPA – PERÚ

2019

UNIVERSIDAD PRIVADA AUTÓNOMA DEL SUR

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD

CARRERA PROFESIONAL DE FARMACIA Y BIOQUÍMICA

TESIS

“EFECTO DEL pH EN LA REMOCIÓN DE CROMO HEXAVALENTE DE

MEDIOS ACUOSOS A ESCALA DE LABORATORIO USANDO BIOMASA

DE PSEUDOTALLO DE Musa paradisiaca (BANANO)”

PRESENTADA POR:

BACH. HUALLPA BARRIOS DANIELA FERNANDA

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:

QUÍMICO FARMACÉUTICO

APROBADO POR:

PRESIDENTE DEL JURADO: Dr. Benjamín Paz Aliaga

PRIMER MIEMBRO DEL JURADO: Mg. Elena Gárate de Dávila

SEGUNDO MIEMBRO DEL JURADO: Mg. Carmen Burgos Macedo

I

DEDICATORIA

A Dios, por iluminar cada paso que doy, por darme salud y permitirme llegar

hasta esta etapa de mi formación profesional.

A mis queridos padres Julio y Mirian, a ustedes que me enseñaron a no darme

por vencida ante los tropiezos, por todo su amor y todos sus consejos para hacer

de mí una mejor persona y porque su trabajo y esfuerzo por darme la mejor

educación, hoy se ven recompensados con la culminación de mi tesis.

A mis hermanos Juan, Julio y Milagros, porque ustedes fueron mi dosis de

motivación diaria.

A la memoria de mi abuela María Arias y mi tío Juan Carlos, ya que por ella me

incline a estudiar esta hermosa carrera, y a mi tío Juan Carlos a quien llevo en

el corazón desde hace 19 años, a ustedes que me cuidan desde el cielo.

A mi pareja por su apoyo, sus consejos, su optimismo, su amor y motivación para

la elaboración de esta tesis.

II

AGRADECIMIENTO

Agradezco a Dios por estar presente en cada día de mi vida, por permitirme

disfrutar de mis padres, mis hermanos y amigos quienes fueron participes en el

desarrollo de toda mi carrera.

A todos mis familiares que me dieron la mano cuando los necesite.

A mi asesora de tesis MSc. Ing. Betty Salazar Pinto por el apoyo brindado en

este trabajo.

Agradecida con la Q.F. Celia Choquenaira, con quien inicie este trabajo y trabaje

la parte experimental de esta tesis.

III

RESUMEN

Existen diversos factores que podrían influir en los procesos de adsorción,

principalmente el pH, importante en la eficiencia del proceso para adsorber

metales de medios acuosos. Por tal motivo, la presente investigación tuvo por

objetivo el estudio de la influencia del pH en la remoción de Cr (VI) de medios

acuosos usando biomasa de pseudotallo de banano con la finalidad de

establecer un pH óptimo en el proceso de adsorción. Para lo cual, se realizaron

ensayos de adsorción a pH 2, 4, 6, 8 y 10 usando 2 g de pseudotallo de banano

con tamaño de partícula de 75-150 µm, en una solución de 300 mL de Cr (VI) a

150 mg/L aproximadamente, durante 90 min. Los resultados mostraron el

siguiente orden de remoción: 96.45 % (pH 2) > 66.45 % (pH 4) >55.31 % (pH 6)

>52.71 % (pH 8) > 51.09 % (pH 10). Asimismo, a pH 2, el proceso de adsorción

se ajustó a una cinética de primer orden con un R2 de 0.9695. En conclusión, a

medida que el pH disminuye, el pseudotallo incrementa su capacidad de

adsorción de Cr (VI) obteniendo un pH óptimo de 2; lo que indica su potencial

uso en la descontaminación de aguas.

Palabras clave. Pseudotallo de banano, pH, Cinética, Cr (VI)

IV

ABSTRACT

There are several factors that could influence adsorption processes, mainly pH,

important in the efficiency of the process to adsorb metals from aqueous media.

For this reason, this research aimed to study the influence of pH on the removal

of Cr (VI) from aqueous media using banana pseudo-total biomass in order to

establish an optimal pH in the adsorption process. For which, adsorption tests

were carried out at pH 2, 4, 6, 8 and 10 using 2 g of banana pseudo-total particle

size of 75-150 µm, in a solution of 300 mL of Cr (VI) at 150 mg / L approximately,

for 90 min. The results showed the following removal order: 96.45% (pH 2)>

66.45% (pH 4)> 55.31% (pH 6)> 52.71% (pH 8)> 51.09% (pH 10). Also, at pH 2,

the adsorption process was adjusted to a first order kinetics with an R2 of 0.9695.

In conclusion, as the pH decreases, the pseudo total increases its Cr (VI)

adsorption capacity obtaining an optimum pH of 2; indicating its potential use in

water decontamination.

Keywords. “pseudotallo de banano”, pH, hexavalent chromium

V

CONTENIDO

DEDICATORIA ............................................................................................. i

AGRADECIMIENTO ..................................................................................... ii

RESUMEN ................................................................................................... iii

ABSTRACT .................................................................................................. iv

ÍNDICE DE TABLAS .................................................................................... x

ÍNDICE DE ABREVIATURAS ...................................................................... xi

INTRODUCCIÓN ........................................................................................ xii

CAPÍTULO I ................................................................................................. 1

EL PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN ................................................... 1

1.1. Planteamiento del problema de investigación .................................... 1

1.2. Formulación del problema .................................................................. 1

1.2.1. Problema principal ............................................................................. 1

1.2.2. Problema secundario ......................................................................... 2

1.3. Objetivos de la investigación .............................................................. 2

1.3.1. Objetivo general ................................................................................ 2

1.3.2. Objetivos específicos ......................................................................... 2

1.4. Justificación del estudio ..................................................................... 3

CAPÍTULO II ................................................................................................ 4

MARCO TEÓRICO ...................................................................................... 4

2.1. Antecedentes Investigativos .............................................................. 4

2.1.1. A nivel internacional .......................................................................... 4

2.1.2. A nivel Nacional ................................................................................. 5

2.1.3. A nivel Local ...................................................................................... 5

2.2. Base teórica ....................................................................................... 6

2.2.1. Curtiembres ....................................................................................... 6

2.2.2. Cromo ................................................................................................ 6

VI

A. Generalidades ................................................................................... 6

B. Toxicología ........................................................................................ 7

C. Efectos sobre la Salud ....................................................................... 8

D. Valores permisibles ........................................................................... 8

2.2.3. Biosorción .......................................................................................... 9

A. Mecanismos de Biosorción .............................................................. 10

B. Aspectos teóricos de la adsorción ................................................... 10

2.2.4. Banano ............................................................................................ 10

2.2.4.1. Clasificación taxonómica del banano ............................................ 11

A. Morfología ....................................................................................... 11

2.2.5. Método de determinación de Cromo con 1.5 – difenilcarbazida ...... 13

2.2.6. Espectrofotometría .......................................................................... 14

2.3. Hipótesis .......................................................................................... 14

2.3.1. Hipótesis principal ........................................................................... 14

2.3.2. Hipótesis secundaria ....................................................................... 15

2.4. Variables .......................................................................................... 15

2.4.1. Variable independiente .................................................................... 15

2.4.2. Variable dependiente ....................................................................... 15

2.4.3. Operacionalización de variables ...................................................... 16

CAPITULO III ............................................................................................. 17

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ................................................ 17

3.1. Tipo y nivel de investigación ............................................................ 17

3.2. Descripción del ámbito de la investigación ...................................... 17

3.2.1. Ubicación espacial ........................................................................... 17

3.2.2. Ubicación temporal .......................................................................... 17

3.3. Población y muestra ........................................................................ 17

3.4. Técnicas e instrumentos para la recolección de datos .................... 18

VII

3.4.1. Materiales, equipos y reactivos ....................................................... 18

3.4.2. Recolección y procesamiento del adsorbente ................................. 19

3.4.3. Determinación de Cr (VI) por espectrofotometría ............................ 21

3.4.3.1. Linealidad ..................................................................................... 21

3.4.4. Evaluación del efecto del pH ........................................................... 22

CAPÍTULO IV ............................................................................................. 23

RESULTADOS ........................................................................................... 23

4.1. Recolección y procesamiento del adsorbente .................................. 23

4.2.1. Linealidad ........................................................................................ 24

4.3. Evaluación del efecto de pH 2 en la remoción de Cr (VI)................. 25

4.4. Efecto del pH=4 en la remoción de Cr (VI) ...................................... 29



4.7. Efecto del pH=10 en la remoción de Cr (VI) .................................... 39

4.8. Comparación de efecto de los pH .................................................... 43

4.9. Tiempo medio de remoción de Cr (VI) a diferentes pH .................... 44

4.10. Modelamiento cinético de la remoción de Cr (VI) con biomasa de

pseudotallo de banano ............................................................................... 44

CAPÍTULO V .............................................................................................. 46

DISCUSIÓN ............................................................................................... 46

CONCLUSIONES ...................................................................................... 49

RECOMENDACIONES .............................................................................. 50

BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................... 51

ANEXOS .................................................................................................... 58

VIII

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Especiación del cromo a diferentes pH ............................................... 7

Figura 2. Partes de la Platanera ....................................................................... 13

Figura 3. Estructura del Difenilcarbazida .......................................................... 13

Figura 4. Espectrofotómetro ............................................................................. 14

Figura 5. Recolección de Pseudotallo de banano ............................................ 19

Figura 6. Molino modificado para uso industrial ............................................... 20

Figura 7. Serie de tamices estándar (ASTM) ................................................... 20

Figura 8. Soluciones estándar de Cr (VI) para la curva de calibración ............. 21

Figura 9. Sistema de agitacion Batch ............................................................... 22

Figura 10. Psudotallo pulverizado tamaño 75 – 150 µm .................................. 23

Figura 11. Gráfico de calibración para la determinación de Cr (VI) .................. 25

Figura 12. Porcentaje de Cr (VI) en el medio y porcentaje de Cr (VI) removido

en función del tiempo a pH=2 ........................................................................... 26

Figura 13. Cinética de primer orden de la remoción de Cr (VI) en función del

tiempo a pH=2. ................................................................................................. 28

Figura 14. Cinética de segundo orden de la remoción de Cr (VI) en función del

tiempo a pH=2. ................................................................................................. 28

Figura 15. Porcentaje de Cr (VI) en el medio y porcentaje de remoción Cr (VI)

en función del tiempo a pH=4. .......................................................................... 30


tiempo a pH=4. ................................................................................................. 31

Figura 17. Cinética de segundo orden de la remoción de Cr (VI) en función

del tiempo a pH=4. ........................................................................................... 32

Figura 18. Porcentaje de Cr (VI) en el medio (t90’ = 44.69 %) y porcentaje de

Cr (VI) removido (t90’ = 55.31 %) en función del tiempo a pH=6. .................... 34


tiempo a pH=6. ................................................................................................. 35


del tiempo a pH=6. ........................................................................................... 35


Cr (VI) removido (t90’ = 52.71 %) en función del tiempo a pH=8. .................... 37

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IX


tiempo a pH=8. ................................................................................................. 38


del tiempo a pH=8. ........................................................................................... 39


Cr (VI) removido (t90’ = 51.09 %) en función del tiempo a pH=10. .................. 40


tiempo a pH=10. ............................................................................................... 42


tiempo a pH=10. ............................................................................................... 42

Figura 27. Remoción expresada en porcentaje de Cr (VI) a pH=2, 4, 6, 8 y 10

usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente. Mayor eficiencia

a pH=2 (96.45 %). ............................................................................................ 44

Figura 28. Modelo matemático exponencial de decaimiento (ExpDec2) en la

remoción de Cr (VI) usando biomasa de pseudotallo de banano como

adsorbente a pH óptimo (pH=2) con R2=0.99685. ........................................... 45

X

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Límites máximos permisibles y valores referenciales para las

actividades industriales de curtiembre. .............................................................. 9

Tabla 2. Operacionalización de variables ......................................................... 16

Tabla 3. Resultados de la curva de calibración para la determinación de

Cr (VI) .............................................................................................................. 24

Tabla 4. Efecto del pH=2 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos

usando biomasa de pseudotallo de banano. .................................................... 25

Tabla 5. Cinética de primer (ln[C]) y segundo (1/[C]) orden de la concentración

de Cr (VI) [C] en función del tiempo de agitación a pH=2 usando biomasa de

pseudotallo de banano como adsorbente. ....................................................... 27


usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente. ..................... 29

Tabla 7. Cinética de primer (ln[C]) y segundo (1/[C]) orden de la remoción

de Cr (VI) [C] a pH 4 usando pseudotallo de banano. ...................................... 31


usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente. ....................... 33


de Cr (VI) [C] a pH=6 usando pseudotallo de banano. ..................................... 34


usando residuos de banano como adsorbente................................................. 36


de Cr (VI) [C] a pH=8 usando pseudotallo de banano. ..................................... 38

Tabla 12. Efecto del pH=10 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos. .... 40

Tabla 13. Cinética de primer (ln[C]) y segundo (1/[C]) orden de la

concentración de Cr (VI) [C] en función del tiempo de agitación a pH=10




Tabla 15. Remoción de 50% de Cr (VI) en el medio. ....................................... 44

XI

ÍNDICE DE ABREVIATURAS

Cr: Cromo

DBO: Demanda Bioquímica de Oxigeno

DPPH: 2,2-difenil-1-picrilhidrazilo

DQO: Demanda Química de Oxigeno

IARC: International Agency for Research on Cancer

Pb: Plomo

ROS: Reactive Oxygen Species

XII

INTRODUCCIÓN

Diversas industrias y plantas de fabricación, como curtiembres, pinturas y

pigmentos, galvanoplastia, procesamiento de metales, conservantes de madera,

textiles, industria de tintes, fabricación de acero y enlatado, utilizan Cromo para

diversas aplicaciones y descargan grandes cantidades en el medio ambiente

(1,2).

Los metales pesados se producen en grandes cantidades durante las

actividades industriales contaminando así el medio ambiente. Los iones

metálicos no son biodegradables y muchos de ellos son solubles en medios

acuosos y fácilmente disponibles para los organismos vivos. Los metales

pesados provocan una serie de trastornos en plantas y animales, de allí la

necesidad de su eliminación de medios acuosos es una tarea importante (3,4).

El Cromo existe en medios acuosos en dos estados de oxidación, Cr (VI)

hexavalente y Cr (III) trivalente y su toxicidad depende de los mismos. En una

solución, el Cr (VI) existe en varias formas dependiendo del pH, como Cromato

(CrO42-), Hidrocromato (HCrO4-) o Dicromato (Cr2O72-) (5). En la sangre humana,

el Cromo solo existe como Cr (III), responsable del mantenimiento del

metabolismo sanguíneo (6).

El Cromo y sus compuestos ingresan al cuerpo a través de la respiración, la

comida, la bebida o el contacto con la piel. Los efectos tóxicos de Cr (VI) incluyen

erupciones cutáneas, hemorragia nasal, infección del tracto respiratorio, sistema

inmunitario debilitado, enfermedades hepáticas y cáncer de pulmón (7).

Existen numerosos métodos disponibles para la eliminación de metales pesados

de soluciones acuosas que incluyen precipitación química, intercambio iónico,

ultrafiltración, ósmosis inversa y adsorción. Sin embargo, estos métodos tienen

algunas limitaciones debido a la producción de desechos secundarios, gran

cantidad de formación de desechos y altos costos operativos (8,9,7). En

contraste, la adsorción es más ventajosa que los otros métodos debido a su

diseño de operación simple con ambiente libre de lodos y bajo costo (10,11).

XIII

Varios investigadores utilizan los materiales celulósico y lingocelulósico como

adsorbentes eficientes debido a su mayor capacidad de adsorción de iones

metálicos (12,13). Los productos y subproductos agrícolas contienen celulosa,

lignina, pectina y varios otros compuestos que tienen grupos funcionales

potenciales como el hidroxilo, carbonilo, amino, andalcoxi carboxílico, que tienen

una gran afinidad por los iones metálicos (14). En los adsorbentes crudos, varios

compuestos viscosos como la lignina y la pectina ocupan los poros de las fibras

de celulosa (15).

El banano es uno de los cultivos más importantes del mundo cultivado por más

de 130 países. India, China, Uganda, Filipinas, Ecuador, Brasil, Indonesia,

Colombia, Camerún y Ghana fueron los diez principales países productores de

bananas del mundo en 2012. En India, la producción de bananas en 2012 fue de

aproximadamente 24.9 millones de toneladas, mientras que la producción

mundial total de bananas durante 2012 fue de aproximadamente 139.2 millones

de toneladas (16). Varios grupos de investigadores han usado cáscaras de

plátano, tallos de plátano crudos y tratados químicamente para la eliminación de

iones tóxicos de metales pesados de soluciones acuosas y aguas residuales

industriales (17,18,19,20). En el presente trabajo, se utilizó el pseudotallo de

banano para remover el Cr (VI) de medios acuosos a escala de laboratorio.

1

CAPÍTULO I

EL PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN

1.1. Planteamiento del problema de investigación

El Cr (VI) resulta de uso versátil en múltiples tipos de aplicaciones industriales (21);

así por ejemplo, se sabe que está involucrado la fabricación de productos químicos,

cuero y textiles, el electro pintura entre otras (22), dichas actividades industriales

podría conllevar a múltiples consecuencias de contaminación ya sea de aguas y

suelos (23,24). Por tal motivo resulta peligroso, ya que el Cr (VI) es uno de los

metales pesados tóxicos con alta movilidad en el suelo y en el agua subterránea

que puede producir efectos dañinos en organismos como los humanos o

ecosistemas aledaños que tomen contacto con el medio contaminado (25,26).

El problema viene siendo estudiado usando diversos métodos y técnicas para evitar

que el Cr (VI) tome contacto con aguas y suelos, con el objetivo de una limpieza

ambiental o el uso de tecnologías limpias para evitar una posible contaminación

(27). Es así que el uso de biosorbentes sería una alternativa ideal para captar el

contaminante antes de eliminar los efluentes al medio ambiente (28).

En los estudios realizados indican que el pH es determinante en el proceso de

adsorción y las aguas residuales varían en cuanto a su pH ya que pueden existir

aguas con carácter ácido o básico y en Arequipa existen lagunas de oxidación

ubicadas en el parque industrial que no brindan el tratamiento adecuado a los

efluentes de curtiembre debido a la carga de materia orgánica que dificulta su

tratamiento (29), por ello, la remoción de Cromo antes de llegar a estas lagunas de

oxidación sería una alternativa para contrarrestar la contaminación.

1.2. Formulación del problema

1.2.1. Problema principal

- ¿Cómo afecta el pH en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos a escala de

laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano?

2

1.2.2. Problema secundario

- ¿Cuál es el efecto del pH=2 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos a

escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano?









- ¿Cuál es el pH óptimo en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos a escala

de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano?

1.3. Objetivos de la investigación

1.3.1. Objetivo general

- Evaluar el efecto del pH en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos a escala

de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano.

1.3.2. Objetivos específicos

- Determinar el efecto del pH=2 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos a

escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano.







3



- Identificar el pH óptimo en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos a escala

de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano

1.4. Justificación del estudio

El Cr (III) y Cr (VI) son las especies de Cromo más usadas en la actividad industrial

de diversa índole y a pesar de que el Cr (III) pareciera inofensivo por su baja

toxicidad, a cantidades elevadas y en contacto con sustancias oxidantes del medio

ambiente podría pasar a su forma tóxica el Cromo (VI) (28).

En la actualidad el tratamiento de efluentes industriales contaminados con Cr (VI)

se fundamenta en procesos de reducción, precipitación química, filtración e

intercambio iónico (30), que también aportarían con sustancia químicas al efluente,

además se generan residuos sólidos almacenados, causando un problema serio

adicional, que podría ser otra desventaja de usar estos tipos de tratamientos

(31,32).

De manera que, el presente proyecto plantea evaluar una alternativa, en la

remoción de Cr (VI) de aguas contaminadas basándose en antecedentes de uso

de residuos industriales y métodos físicos como el uso de, cascara de lima, carbón

activado, bagazo de caña, hojas de eucalipto, etc (33,34,35,36) mostrando

capacidad de adsorción de metales pesados debido a su estructura física

compuesta por grupos funcionales capaces de interaccionar con los metales

formando complejos o mediante atracción electrostática.

La mayor cantidad de investigaciones reportan que el pH afecta el proceso de

adsorción y teniendo en cuenta que los efluentes no están a un pH fijo (varían entre

pH ácidos y alcalinos), en la presente tesis se busca aportar con el estudio a

diferentes pH la capacidad del pseudotallo de banano para remover el Cr (VI)

presente en medios acuosos a escala de laboratorio.

4

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

2.1. Antecedentes Investigativos

2.1.1. A nivel internacional

Ramírez et al. en el 2015 en la investigación “Remoción de Plomo (II) usando lignina

obtenida a partir del procesamiento del pseudotallo de plátano”. Se evaluó la

adsorción de iones Plomo (Pb2+) en lignina recuperada del licor residual que fue

generado en un proceso de obtención de papel a partir de pseudotallos (vástago)

de banano. La lignina fue caracterizada mediante espectroscopia de infrarrojo con

el objeto de identificar sitios activos adecuados para el proceso de adsorción de

metales pesados. La lignina recuperada después de su uso en adsorción mostró

un área superficial de 840 m2/g y un volumen total de poros de 0.30 cm3/g. Para

evaluar la capacidad de adsorción de la lignina respecto de la concentración inicial

de los iones, se prepararon soluciones de Pb2+ 0.6, 0.8 y 1.0 mM. Finalmente, se

determinó la concentración final de Pb2+ encontrando remociones de 55 % (37).

Espinosa y Mera en el 2015, evaluaron como alternativa de remoción de Cr (VI) a

la cascarilla de cacao, realizando estudios a diferentes tamaños de partícula, dando

lugar que la mayor capacidad de adsorción se logró a 115.28 mg de Cr/g de

adsorbente usando un tamaño de partícula entre 0.25 y 0.45 mm (38).

Acosta et al. en el 2008, en su trabajo de investigación de “Remoción de Cromo

(VI) en Solución Acuosa por la Biomasa Celular de Paecilomyces sp” usando como

fundamento de determinación de Cr (VI) la reacción con la difenilcarbazida

encontraron que alcanzó una mayor adsorción a pH cercanos a 1 esto a una

temperatura de 50 °C durante 16 horas concluyendo que es factible usar dicha

metodología para remediar la contaminación de nichos acuáticos, ya que 1 g de

biomasa fúngica logró remover 100 mg/200 mL del metal a las 3 horas de

incubación (39).

5

2.1.2. A nivel Nacional

Condeña en el 2017, en su tesis titulada “Recuperación de suelos contaminados

con Plomo mediante el uso de biocarbón de bagazo de caña de azúcar en el parque

Chota del AA.HH Ramón Castilla – Callao 2017”, realizó en su fase inicial la

cuantificación de Pb dando como resultado una concentración de 1792.22 ppm.

posteriormente elaboró biocarbon usando bagazo de caña de azúcar que

presentaba un 21.7 % de lignina y un pH inicial de 8.7, dicha investigación fue

realizada en suelos de 3 kilogramos de suelo enriquecido con el biocarbon en

proporciones de 3 %, 5 %, 10 % y 50 % para luego estudiar la capacidad de

adsorción de plomo en cada tratamiento (35).

Lagos en el 2016, en su tesis titulada “Bioadsorción de Cromo con borra de café en

efluentes de una industria curtiembre local” realizó estudios usando como

adsorbente la borra café como bioadsorbente para tratar los efluentes provenientes

de una curtiembre local. Logrando al final del estudio una remoción de Cromo del

efluente de 94.1 % de una concentración inicial de 158 mg/L. Concluyendo que es

factible utilizar la borra de café en el proceso final de tratamiento de agua para

garantizar que se cumpla con los límites máximos permisibles de Cromo en agua

(40).

Según, Muñiz en el 2016, en su investigación titulada “Eficiencia del biosorbente de

coronta de maíz para la adsorción del Cromo Hexavalente en aguas residuales de

la industria Curtiembre Huachipa – 2016” usaron como material adsorbente a la

coronta de con la finalidad de remover el Cr (VI) de efluentes de una industria de

curtiembre, dando como resultado final una remoción porcentual de 83.5 % a la

hora de tratamiento en sistema de agitación a 100 rpm. (41).

2.1.3. A nivel Local

Velázquez en el 2014, en su tesis titulada “Bioadsorción de Cromo Hexavalente en

aguas contaminadas sintéticamente mediante una biomasa de cáscara de lima

(Citrus aurantifolia) Arequipa – 2014” evaluó la bioadsorción de Cr (VI) en aguas

contaminadas se ha realizado a diferentes biomasas tratadas con diferentes

concentraciones de dicromato de potasio como fuente de Cr (VI), dando como

resultado final que la cáscara de lima remueve efectivamente Cr (VI) en solución,

6

donde se observa que a la concentración de 2 mg/L inicial, hay mayor adsorción

alcanzando el equilibrio a las 2 h de proceso y removiendo el cromo hexavalente

en un 93.5 % (33).

Dávila en el 2017, en su investigación titulada “Remoción de Cromo (VI) en medio

acuoso utilizando el endocarpio del fruto de la Olea europaea (Olivo), aplicando un

análisis factorial 2”, usó como adsorbente al endocarpio del fruto de la Olea

europaea (Olivo) para adsorber Cr (VI) obteniendo los mejores resultados de

adsorción de Cr (VI) con una cantidad de adsorbente de 3 g, pH 2, de una

concentración inicial de Cr (VI) de 10 mg/L y tamaño de partícula de 250 (42).

2.2. Base teórica

2.2.1. Curtiembres

El término curtiembre se adjudica al proceso en el cual las pieles de los animales

se transforman cuero, con la finalidad de evitar su degradación en función del

tiempo brindándole flexibilidad y resistencia (43).

El proceso de curtido involucra diversos pasos como el desencalado mediante el

cual se remueve la cal de la piel mediante un lavado para luego neutralizar la

presencia de ácidos orgánicos tamponados, azúcares y melazas, y ácido

sulfoftálico, luego se procede con la purga enzimática, piquelado que comprende la

preparación de la piel para el proceso de curtido, aplicando ácido fórmico y sulfúrico

en la mayoría de casos y finalmente el curtido en cuyo proceso se tratan las pieles

con sales de Cromo (44,45).

2.2.2. Cromo

A. Generalidades

Cromo cuyo símbolo en la tabla periódica es Cr, es un metal de color blanco a

plateado, brillante y resistente a la corrosión (46). Sus estados de oxidación son

+2, +3, +6. Desde el punto de vista toxicológico el Cr (VI) es el de más importancia

y puede estar en forma de sales de dicromato y cromato, así como ácido crómico

(47). Por otro lado, el Cr (III) es un oligoelemento que está implicado en procesos

7

bioquímicos como el metabolismo de la glucosa y otros como colesterol y ácidos

grasos (23).

B. Toxicología

La toxicidad del Cromo se debe principalmente a las especies de Cr (VI) que puede

ingresar al organismo por cualquier vía con facilidad. Es así que según la

International Agency for Research on Cancer (IARC) el Cr (VI)es considerado

carcinógeno del grupo I (48).

Fuente. Adaptado de Semanticscholar (49)

El Cr (III) y Cr (VI) tienen propiedades fisicoquímicas y toxicidad drásticamente

diferentes. El Cr (III) es casi insoluble a pH neutro y se considera que es una traza

de nutrientes para el buen funcionamiento de los organismos vivos. Se ha

demostrado que es responsable del control del metabolismo de la glucosa y los

lípidos en los mamíferos (50). Sin embargo, los compuestos de Cr (VI) ejercen una

gran actividad.

El cromo (VI) se reduce en Cr (III) intracelularmente en las mitocondrias y el núcleo,

reductores intracelulares lo degradan en el citoplasma. La reducción intracelular

genera intermediarios reactivos como Cr (V), Cr (IV) y Cr (III), así como radicales

libres hidroxilo y oxígeno; estas formas reactivas del Cromo son susceptibles de

Figura 1. Especiación del cromo a diferentes pH

8

alterar el ADN. Se elimina por vía renal el 60 %, en menor grado por heces (vía

biliar), cabello, uñas, leche y sudor. En la orina encontramos fundamentalmente Cr

(III) formando un complejo con el glutatión, pues el Cr (VI) es reducido en gran parte

a Cr (III) (48).

Efectos peligrosos en los sistemas bioquímicos. Se encontró que Cr (VI) puede

penetrar fácilmente en la pared celular y luego reducirse a Cr (III) con la formación

de especies reactivas de oxígeno (ROS) (50).

C. Efectos sobre la Salud

El Cr (VI) es un peligro para la salud de los humanos, sobre todo para la gente que

trabaja en la industria del acero y textil. La gente que fuma tabaco también puede

tener un alto grado de exposición a este elemento. El Cr (VI) es conocido porque

causa varios efectos sobre la salud: cuando se encuentra como compuesto en los

productos de la piel, puede causar reacciones alérgicas, por ejemplo, erupciones

cutáneas; después de ser respirado el Cr (VI) puede causar irritación de la nariz y

sangrado de ésta. Otros problemas de salud que son causado por el Cr (VI) son:

erupciones cutáneas, malestar de estómago y úlceras, problemas respiratorios,

debilitamiento del sistema inmune, daño en los riñones e hígado, alteración del

material genético, cáncer de pulmón y muerte. Normalmente, el cromo produce

dermatitis, por lo general, debido a una exposición en el ambiente ocupacional,

siendo la industria del cemento una de las principales fuentes. De igual forma, la

inhalación de vapor con compuestos de Cr (VI) puede ocasionar irritación del

sistema respiratorio, daños en los pulmones y síntomas de tipo asmático. La ingesta

de sales de Cr (VI) puede ocasionar lesiones graves o, incluso, la muerte.

Asimismo, el Cromo en forma de polvo puede ocasionar llagas en la piel (51).

D. Valores permisibles

En la Tabla 1 se muestra los Límites Máximos permisibles para efluentes de

curtiembre según el D.S. 003-2002, siendo el LMP de Cr (VI) de 0.5 mg/L

(52).

9

Tabla 1. Límites máximos permisibles y valores referenciales para las actividades

industriales de curtiembre.

Parámetros Curtiembre

Papel

Aguas

superficiales Alcantarillado

pH 6.5 – 9.5

DBO (mg/L) 10000 250 1000

DQO (mg/L) 2500 250 1000

Sólidos totales (mg/L) 1000

Sulfuros (mg/L) 10

Cromo (VI) (mg/L) 0.5

Cromo total (mg/L) 5

Nitrógeno amoniacal

(mg/L)

50

DBO: Demanda Bioquímica de Oxigeno

DQO: Demanda Química de Oxigeno

Fuente. Adaptado de DECRETO SUPREMO Nº 003-2002-PRODUCE003-2002-

PRODUCE (52).

2.2.3. Biosorción

Se entiende por Biosorción a la capacidad de materiales biológicos de captar

metales, que en la actualidad es una alternativa amigable al medio ambiente para

la sorción de metales presentes en aguas residuales ya que su implementación

involucra un bajo costo y muchos poseen una buena capacidad de adsorción. Dicha

tecnología fue desarrollada a inicios de la década de los 90’s. Estos biosorbentes

pueden ser biomasas microbiales que involucra el uso de algas, bacterias, hongos

y levaduras las cuales generalmente fueron estudiadas en columnas por lo cual

deben mostrar resistencia mecánica, rigidez y porosidad, por otro lado, también

están los residuos vegetales que pudieran tener como procedencia de actividades

industriales o agrícolas, las cuales pueden obtenerse sin costo alguno a muy bajo

precio (53).

10

A. Mecanismos de Biosorción

El proceso de biosorción no es uno en absoluto, si no que existen diversos

mecanismos los cuales pueden depender del metal y del material sorbente. El

proceso de extracción de metales en la estructura de los biosorbentes vegetales se

fundamentan a que en su composición presentan proteínas, carbohidratos y

componentes fenólicos en cuya estructura estarían presentes grupos como

carboxilo, hidroxiol, sultatos, fosfatos y grupos amino (54).

B. Aspectos teóricos de la adsorción

Algunos modelos matemáticos contribuyen con la interpretación de los métodos de

adsorción como son las isoterma de Freundlich a temperatura constante, describe

que la cantidad adsorbida del metal se incrementa en función a la cantidad de

adsorbato. Otro punto importante es que, este modelo interpreta que la superficie

del adsorbente es heterogénea y que las posiciones de adsorción tienen distintas

afinidades, interpretándose que, primero se ocupan las posiciones de mayor

afinidad (54).

qe = KfCe1

n⁄

Otro modelo es el de Langmuir que interpreta una atracción y posterior unión entre

el metal y la superficie del adsorbente los cual se debería a fuerzas físicas. Por otro

lado, explica que la adsorción tiene lugar en centros activos de la superficie del

adsorbente y que una vez que el adsorbato ocupa un centro activo no es posible

que otro adsorbato se una en este mismo punto (54).

qe =qmKLCe

1 + KLCe

2.2.4. Banano

Ciertas frutas como el banano conocido comúnmente como plátano tienen grandes

beneficios para la salud. El banano ayuda a la retención de Calcio, Nitrógeno y

Fósforo en nuestro cuerpo, los cuales favorecen en la restauración de tejidos; el

banano puede ser utilizado para combatir con los desórdenes intestinales como las

11

úlceras, las hojas del banano también se pueden emplear como un paño frío para

quemaduras y/o heridas (55).

En la medicina tradicional, la savia se utiliza para tratar enfermedades, como la

histeria, fiebre, problemas digestivos, hemorragia, epilepsia, hemorroides y

picaduras de insectos ya que químicamente la savia tiene propiedades astringentes

(55).

Se hicieron estudios de los desechos de plantas de banano sobre la capacidad

antioxidante del pseudotallo y rizoma específicamente en la preparación de bebidas

a partir de ellos, y se pudo comprobar por diferentes métodos analíticos (Fenoles

totales y DPPH) que estos dos subproductos del banano se pueden ocupar para

generar nuevas bebidas funcionales (55).

2.2.4.1. Clasificación taxonómica del banano

la muestra se llevó al Laboratorio de Botánica al estado fenológico fresco para su

determinación en el Herbarium Areqvipense (HUSA) y corresponde a la siguiente

clasificación y especie cuya constancia se puede ver en el Anexo 1

Reino: Plantae

División: Magnoliophyta

Clase: Liliopsida

Orden: Zingiberales

Familia: Musaceae

Género: Musa

Especie: Musa x paradisiaca L.

A. Morfología

- Planta: herbácea perenne gigante, con rizoma corto y tallo aparente, que

resulta de la unión de las vainas foliares, cónico y de 3.5-7.5 m de altura,

terminado en una corona de hojas (56).

- Rizoma o bulbo: tallo subterráneo con numerosos puntos de crecimiento

(meristemos) que dan origen a pseudotallos, raíces y yemas vegetativas (56)

- Sistema radicular: Tiene raíces superficiales que se dividen en una capa de

30-40 cm, juntandose la mayor parte de ellas en los 15-20 cm. Las raíces son

12

de tono blanco, tiernas cuando emergen y amarillentas y duras despues. Su

grosor oscila entre 5 y 8 mm y su longitud puede alcanzar los 2.5-3 m en

crecimiento lateral y hasta 1.5 m en profundidad (56).

- Tallo: el auténtico tallo es un rizoma grande, almidones, subterráneo, que está

coronado con yemas, es tos se desarrollan una vez que la planta ha florecido y

fructificado. A medida que cada chupón del rizoma alcanza la madurez, la yema

terminal va convirtiéndose en una inflorescencia al ser empujada hacia arriba

desde el interior del suelo por el alargamiento del tallo, hasta que brota arriba

del pseudotallo (56).

- Hojas: estas se originan en el punto central del meristemo terminal, que está

situado en la parte superior del rizoma. Al inicio, se ve la formación del pecíolo

y la nervadura central terminada en filamento, lo que después será la vaina. La

parte de la nervadura se alarga y el borde izquierdo empieza a cubrir el derecho,

creciendo en altura y formando los semilimbos. La hoja se forma en el interior

del pseudotallo y brota enrollada en forma de cigarro. Las hojas son grandes,

verdes y dispuestas en forma de espiral, de 2-4 m de largo y hasta 1.5 m de

ancho, con un peciolo de 1 m o más de longitud y un limbo elíptico alargado,

ligeramente recurrente hacia el peciolo, un poco ondulado. Cuando son viejas

se rompen fácilmente de forma transversal por la fuerza del viento. De la corona

de hojas sale, durante la floración, un escapo pubescente de 5-6 cm de

diámetro, terminado por un racimo colgante de 1-2 m de largo. (56).

- Flores: flores amarillentas, irregulares y con seis estambres, de los cuales uno

es estéril, reducido a estaminodio petaloideo. El gineceo tiene tres pistilos, con

ovario ínfero. El conjunto de la inflorescencia constituye el sistema del banano.

Cada grupo de flores unidas en cada (56).

- Fruto: Los plátanos son polimórficos, siendo su color amarillo verdoso,

amarillo, amarillo-rojizo o rojo. Los plátanos comestibles son de partenocarpia

(fruto sin previa fecundación) vegetativa. La gran mayoría de los frutos de la

familia de las Musáceas comestibles son estériles, debido a un complejo de

causas, entre otras, a genes específicos de esterilidad femenina, triplo día y

cambios estructurales cromosómicos, en distintos grados (56).

13

Fuente: Solis A. (56)

2.2.5. Método de determinación de Cromo con 1.5 – difenilcarbazida

Este método se basa en la reacción del Cr (VI) con 1,5- difenilcarbazida en medio

ácido, y se obtiene la formación de un compuesto desconocido de color rojo violeta.

El cual puede ser medido espectrofotométricamente a una longitud de onda de 540

nm y la absorbancia es proporcional a la concentración de cromo en la muestra.

Para definir Cromo total, la muestra debe ser sometida a digestión ácida y oxidación

con permanganato de potasio, previo a la reacción con la difenilcarbazida La

colorimetría es considerada uno de los procedimientos más sencillos, aunque es

una técnica poco sensible, y el límite de detección es de 0,1 mg/L (57).

Figura 3. Estructura del Difenilcarbazida

Fuente: López Farfán (57).

Figura 2. Partes de la Platanera

PECÍOLO

PSEUDOTALLO

LÁMINA DE LA HOJA

PLÁTANOS

PEDÚNCULO

PENCA

RACHIS

BELLOTA

14

2.2.6. Espectrofotometría

Un espectrofotómetro emplea un arreglo de prismas, espejos rendijas para

seleccionar luz con una longitud de onda deseada y dirigirla hacia el compartimiento

de muestras y un detector. La muestra es colocada en la línea de paso del haz de

luz, y el instrumento compara la intensidad de la luz que logra atravesar la muestra

con la intensidad de luz que se detecta sin la muestra (58).

Figura 4. Espectrofotómetro

Fuente: Elaboración propia

2.3. Hipótesis

2.3.1. Hipótesis principal

- Dado que existen antecedentes del uso de biomateriales como adsorbentes de

metales; es probable que, el pH sea un factor influyente en la remoción de Cr

(VI) de medios acuosos a escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo

de banano.

15

2.3.2. Hipótesis secundaria

- Es probable determinar el porcentaje de remoción de Cr (VI) de medios

acuosos a escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano a

pH=2

- Es probable determinar el porcentaje de remoción de Cr (VI) de medios

acuosos a escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano a

pH=4

- Es probable determinar el porcentaje de remoción Cr (VI) de medios acuosos a

escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano a pH=6





- Es probable identificar el pH óptimo en la remoción de Cr (VI) de medios

acuosos a escala de laboratorio usando biomasa de pseudotallo de banano

2.4. Variables

2.4.1. Variable independiente

pH: potencial de hidrogeniones, que será ajustado por la adición de NaOH 0.1 N y

HCl 0.1 N.

2.4.2. Variable dependiente

El porcentaje de remoción de Cr (VI)

16

2.4.3. Operacionalización de variables

Tabla 2. Operacionalización de variables

Variables Definición operacional Indicador

Variable

independiente pH

Potencial de

hidrogeniones

pH=2

pH=4

pH=6

pH=7

pH=8

pH=10

Variable

dependiente

Remoción

de cromo

hexavalente

La capacidad de

adsorción %


17

CAPITULO III

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

3.1. Tipo y nivel de investigación

Nivel de la Investigación

Experimental

Tipo de Investigación

Según manipulación de variables: experimental

Según número de mediciones: transversal

Según temporalidad: prospectivo

Enfoque: Cuantitativo

Por el propósito o finalidad: aplicada

Paradigma: positivista

Diseño de la Investigación

Experimental

3.2. Descripción del ámbito de la investigación

3.2.1. Ubicación espacial

El presente trabajo de investigación se realizó en los laboratorios de la Universidad

Privada Autónoma del Sur.

3.2.2. Ubicación temporal

El presente trabajo de investigación fue realizado durante los meses de mayo a

julio del 2019.

3.3. Población y muestra

A. Población

Las muestras de pseudotallo de banano fueron recolectadas en el valle de Majes

Uraca de la región Arequipa en el mes de Mayo.

B. Muestra

18

Las muestras consistieron en gramos de biomasa de pseudotallo de banano (Musa

paradisiaca) secada, triturada y tamizada.

C. Muestreo

No probabilístico

3.4. Técnicas e instrumentos para la recolección de datos

3.4.1. Materiales, equipos y reactivos

A. REACTIVOS E INSUMOS

1,5 – Difenilcarbazida

Ácido clorhídrico concentrado

Agua destilada

Dicromato de potasio p.a

Hidróxido de Sodio p.a

Nitrato de sodio p.a

B. MATERIALES

Bagueta

Electrodo de pH

Envase Ámbar 60 – 250 mL

Equipo de venoclisis

Espátula

Fiola 5, 10, 25, 50, 100, 500 y 1000 mL

Gradillas

Jeringas 1, 5 mL

Mangueras 0.5 mm

Papel filtro

Papel Kraft

Puntas para micropipeta

Termómetros

Tubos de Falcón

Vaso de Precipitado 250, 500, y 1000 mL

C. EQUIPOS

Balanza analítica

19

Equipo de agitación tipo Batch o Jar Test

Espectrofotómetro UV/vis

Estufa

pH-metro

Micropipeta 10 – 100 µL

Molino

Tamiz estándar ASTM

D. Software

Para el procesamiento de datos se utilizó el software OriginPro 9.0, Microsoft Excel

Professional (Solver: para ajuste de modelos matemáticos de primer y segundo

orden), OriginPro 9.0 (Modelo matemático)

3.4.2. Recolección y procesamiento del adsorbente

Se recolectaron 2 kg de pseudotallo de banano obtenido del distrito de Uraca

ubicada en la provincia de Castilla del departamento de Arequipa en el mes de

mayo del 2019. Posteriormente, se lavó con HCl 0.01 N y se enjuago varias veces

con agua destilada hasta alcanzar un pH neutro.


Figura 5. Recolección de Pseudotallo de banano

20

Luego se secó en una estufa a 90 °C por 24 horas (59). La biomasa seca se

pulverizó usando un molino industrial.

Fuente: Elaboración propia.

Así mismo, se empleó tamices estándares ASTM (American Society for Testing

Materials) números 20, 30, 40, 50, 100 y 200 que corresponden a diámetros de

malla de 75, 150, 300, 450, 600, 850 µm.


Figura 6. Molino modificado para uso industrial

Figura 7. Serie de tamices estándar (ASTM)

21

3.4.3. Determinación de Cr (VI) por espectrofotometría

Para realizar el gráfico de calibración se prepararon soluciones estándar a

concentraciones de 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9 y 1.0 mg/L de Cr (VI), dichas

soluciones se prepararon a partir de una solución stock de 10 mg/L de Cr /VI) de la

cual se tomaron 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9 y 1.0 mL y se llevaron a fiolas de 10

mL, se agregó 5 mL NaNO3 0.1 M, 1 mL de HCl 0.5 N y 0.5 mL de Difenilcarbazida

5 mg/mL. Finalmente, se dejaron en reposo durante 10 min antes de leer al

espectrofotómetro a 540 nm (28) (60).

Figura 8. Soluciones estándar de Cr (VI) para la curva de calibración Fuente: Elaboración propia

3.4.3.1. Linealidad

La linealidad de un método analítico se refiere a la proporcionalidad entre la

concentración de Cr (VI) y su respuesta que sería la absorbancia, el cual se

determina por el coeficiente de determinación lineal (R2 ) que según la USP debe

ser mayor a 0.995 para que un método sea considerado lineal (61).

22

3.4.4. Evaluación del efecto del pH

El efecto del pH en la adsorción se evaluó en un sistema tipo Batch donde se mezcló

por agitación 2 g adsorbente pseudotallo de banano de 75 a 150 µm de tamaño de

partícula y 300 mL de adsorbato (Cr VI) a una concentración inicial de 100 mg/L. Así

mismo, se tomaron muestras de 5 mL a los 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60,

70, 80 y 90 min. Dichas muestras se analizaron con el mismo procedimiento del

apartado 3.4.3.


Figura 9. Sistema de agitacion Batch

23

CAPÍTULO IV

RESULTADOS

4.1. Recolección y procesamiento del adsorbente

Después del procesamiento de la pseudotallo de banano, se obtuvo 500 g de

bioadsorbente seco y pulverizado en total. Sin embargo, la muestra cuyo tamaño

fue de 75 a 150 µm se alcanzó un peso de 150 g.


4.2. Determinación de Cr (VI) por espectrofotometría

Para la construcción del gráfico de calibración mediante la preparación de

soluciones de calibración por triplicado de Cr (VI) usando como reactivo K2Cr2O7

dio como resultado las absorbancias promedio y desviación estándar (DS) que se

muestran en la Tabla 3.

Figura 10. Psudotallo pulverizado tamaño 75 – 150 µm

24

Tabla 3. Resultados de la curva de calibración para la determinación de Cr (VI)

ABSORBANCIAS

Cr (VI) (mg/L)

R1 R2 R3 Promedio DS

0.3 0.509 0.586 0.574 0.556 0.04

0.4 0.650 0.670 0.629 0.650 0.02

0.5 0.669 0.763 0.753 0.728 0.05

0.6 0.829 0.834 0.824 0.829 0.01

0.7 0.850 0.967 0.953 0.923 0.06

0.8 0.926 1.063 1.050 1.013 0.08

0.9 1.050 1.133 1.112 1.098 0.04

1.0 1.086 1.256 1.240 1.194 0.09

Fuente. Elaboración propia

Donde: R1 es Repetición 1; R2, Repetición 2; R3, Repetición 3; DS, desviación

estándar de las soluciones de calibración (n=8) para la determinación de Cr (VI).

4.2.1. Linealidad

La linealidad del método se determinó mediante Microsoft Excel Professional y

OriginPro 9.0 y como resultado se obtuvo la Figura 11 donde se muestra la curva

de calibración que relaciona las absorbancias con las concentraciones de las

soluciones estándar (0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0 mg/L); en la misma se

observa que dichas concentraciones presentaron correlación directa con la

respuesta del equipo (absorbancia promedio) ya que, el coeficiente de

determinación (R2) fue 0.9996.

Además, se obtuvo la ecuación de la recta, que se muestra a continuación:

y = 0.28154 + 0.91145 x

dónde: (x) se refiere a la concentración en mg/L de Cr (VI) y (y), a la absorbancia.

Reemplazando en la ecuación se obtuvo que:

Absorbancia = 0.28154 + 0.91145 [Concentración Cr (VI)mg/L]

despejando:

[Concentración Cr (VI)mgL

] =Absorbancia − 0.28154

0.91145

25

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

Ab

osorb

ancia

pro

med

io

Concentración (mg/L)

y = 0.28154 + 0.91145 x

R2 = 0.99958

Figura 11. Gráfico de calibración para la determinación de Cr (VI) Fuente. Elaboración propia

4.3. Evaluación del efecto de pH 2 en la remoción de Cr (VI)

Tabla 4. Efecto del pH=2 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos usando biomasa de pseudotallo de banano.


Tiempo (min) Concentración inicial de

Cr (VI) (mg/L)

Remoción de Cr (VI) (%)

0 148.70 0.00

1 102.28 31.22

3 86.15 42.06

5 79.82 46.32

10 67.90 54.34

15 59.14 60.23

20 52.07 64.99

30 43.98 70.43

40 35.80 75.92

50 27.91 81.23

60 18.72 87.41

70 12.43 91.64

80 10.66 92.83

90 5.29 96.45

26

El efecto del pH=2 en la remoción de Cr (VI) se observa en la Tabla 4; que

corresponden a los tiempos 0, 1, 3, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 y 90 min.

La concentración inicial fue de 148.70 mg/L para una solución de 300 mL.

Esta disminuyó en función del tiempo a tomar contacto con los 2 g de pseudotallo

de banano con un tamaño de partícula de 75-150 µm.

En la misma tabla se presentan los porcentajes en el medio, así como, el porcentaje

de remoción de Cr (VI) a los tiempos expuestos.

0 20 40 60 80 100

0

20

40

60

80

100

3.56

Po

rcen

taje

(%

)

Tiempo (min)

Cr (VI) medio

Cr (VI) removido96.45

Figura 12. Porcentaje de Cr (VI) en el medio y porcentaje de Cr (VI) removido en función del tiempo a pH=2


En la Figura 12 se observa la tabulación del porcentaje de Cr (VI) en el medio en

función del tiempo donde se observa que a los 90 min de agitación en presencia de

pseudotallo de banano a un pH de 2, la concentración de Cr (VI) decae hasta un

3.56 %.

Esto indicaría que el adsorbente (2 g con tamaño de partícula entre 75 y 150 µm)

removió el 96.45 % de Cr (VI) de una solución de 300 mL de concentración inicial

148.70 mg/L. Además, se aprecia que a los primeros 5 min la remoción se realizó

con mayor eficiencia.

27

En la Tabla 5 se muestra la evaluación de la cinética de primer y segundo donde

se muestran los resultados al aplicar dichos modelos que consistieron en calcular

el ln [C] para el modelo de primer orden, debido a que, el modelo de primer orden

se fundamenta en la siguiente ecuación:

ln[C]t = −kt + ln[C]0

Asimismo, el modelo de segundo orden se determinó mediante el cálculo de 1/[C]

debido a que dicho modelo se fundamenta en la siguiente ecuación.

1

[C]t= kt +

1

[C]0

Donde “C” corresponde a la concentración de Cr (VI) en mg/L.


concentración de Cr (VI) [C] en función del tiempo de agitación a pH=2

usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente.

Tiempo (min) Cr (VI) (mg/L) ln [C] 1/[C]

0 148.70 5.0019 0.0067

1 102.28 4.6277 0.0098

3 86.15 4.4561 0.0116

5 79.82 4.3798 0.0125

10 67.90 4.2180 0.0147

15 59.14 4.0799 0.0169

20 52.07 3.9525 0.0192

30 43.98 3.7837 0.0227

40 35.80 3.5780 0.0279

50 27.91 3.3289 0.0358

60 18.72 2.9297 0.0534

70 12.43 2.5203 0.0804

80 10.66 2.3670 0.0938

90 5.29 1.6650 0.1892


28

0 50 100

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

ln [

C]

Tiempo (min)

R2=0.9695


tiempo a pH=2 usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente.


En la Figura 13 se muestra el gráfico correspondiente al tiempo (min) en relación al

ln[C] calculado en la Tabla 5 donde se observa que el ajuste R2=0.9695.

0 50 100

0.0

0.1

0.2

1/[C

]

Tiempo (min)

R2=0.7385




29


1/[C] calculado en la Tabla 5 donde se observa que el ajuste R2=0.7385.

4.4. Efecto del pH=4 en la remoción de Cr (VI)

El efecto del pH=4 en la remoción de Cr (VI) se observa en la Tabla 6 donde se

presentan las concentraciones de Cr (VI) calculadas con la ecuación de la recta

presentada en el apartado 4.2.1.

Dichas concentraciones están expresadas en mg/L y corresponden a los tiempos

0, 1, 3, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 y 90 min. La concentración inicial fue de

147.96 mg/L de una solución de 300 mL la cual disminuye en función del tiempo a

tomar contacto con los 2 gramos de pseudotallo de banano con un tamaño de

partícula de 75-150 µm.

Tabla 6. Efecto del pH=4 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente.


Cr (VI) (mg/L) Remoción de

Cr (VI) (%)

0 147.96 0.00

1 108.35 26.77

3 84.00 43.23

5 79.58 46.21

10 76.50 48.30

15 73.77 50.14

20 70.73 52.20

30 66.51 55.05

40 63.33 57.20

50 59.94 59.49

60 58.08 60.74

70 56.05 62.12

80 51.28 65.34

90 48.93 66.93


30


función del tiempo donde se nota que a los 90 min de agitación en presencia de

pseudotallo de banano a un pH de 4 la concentración de Cr (VI) decae hasta un

33.07 %.

Este resultado indicaría que el adsorbente (2 g con tamaño de partícula entre 75 y

150 µm) removió el 66.93 % de Cr (VI) de una solución de 300 mL de concentración

inicial 147.96 mg/L. Además, de la mayor eficiencia en los primeros 5 min.

0 20 40 60 80 100

0

20

40

60

80

100

33.07

Po

rcen

taje

(%

)

Tiempo (min)

Cr (VI) medio

Cr (VI) removido

66.93

Figura 15. Porcentaje de Cr (VI) en el medio y porcentaje de remoción Cr (VI) en función del tiempo a pH=4.


En la Tabla 7 se muestra la evaluación de la cinética de primer y segundo orden

donde se muestran los resultados al aplicar dichos modelos que consistieron en

calcular el ln [C] y 1/[C] respectivamente.



31


remoción de Cr (VI) [C] a pH 4 usando pseudotallo de banano.

Tiempo (min) Cr (VI) (mg/L) ln [C] 1/C]

0 147.96 4.9969 0.0068

1 108.35 4.6854 0.0092

3 84.00 4.4308 0.0119

5 79.58 4.3768 0.0126

10 76.50 4.3373 0.0131

15 73.77 4.3010 0.0136

20 70.73 4.2589 0.0141

30 66.51 4.1974 0.0150

40 63.33 4.1484 0.0158

50 59.94 4.0934 0.0167

60 58.08 4.0619 0.0172

70 56.05 4.0262 0.0178

80 51.28 3.9374 0.0195

90 48.93 3.8903 0.0204


0 50 100

3.8

4.0

4.2

4.4

4.6

4.8

5.0

R2=0.6947

ln [C

]

Tiempo (min)




32





0 50 100

0.006

0.008

0.010

0.012

0.014

0.016

0.018

0.020

0.022

1/[C

]

Tiempo (min)

R2=0.8435

Figura 17. Cinética de segundo orden de la remoción de Cr (VI) en función del tiempo a pH=4 usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente.





presentada en el apartado 4.2.1., dichas concentraciones están expresadas en

mg/L y corresponden a los tiempos 0, 1, 3, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 y 90

min. La concentración inicial fue de 145.41 mg/L de una solución de 300 mL la cual

disminuye en función del tiempo a tomar contacto con los 2 g de pseudotallo de

banano con un tamaño de partícula de 75-150 µm. En la misma tabla se presentan

los porcentajes en el medio, así como, el porcentaje de remoción de Cr (VI) a los

tiempos expuestos.

33


usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente.



Cr (VI) (%)

0 145.41 0.00

1 128.90 11.35

3 112.72 22.48

5 105.15 27.69

10 100.92 30.59

15 96.18 33.86

20 92.50 36.38

30 87.74 39.66

40 85.30 41.34

50 80.65 44.54

60 76.94 47.09

70 70.16 51.75

80 67.02 53.91

90 64.98 55.31



función del tiempo donde se nota que a los 90 minutos de agitación en presencia

de pseudotallo de banano a un pH de 6 la concentración de Cr (VI) decae hasta un

44.69 %.

Tal resultado indicaría que el adsorbente (2 g con tamaño de partícula entre 75 y

150 µm) remueve el 55.31 % de Cr (VI) de una solución de 300 mL de concentración

inicial 145.41 mg/L. Además, se nota que es en los primeros 5 min en el que se

remueve con mayor eficiencia.

34

0 20 40 60 80 100

0

20

40

60

80

100

44.69

Po

rcen

taje

(%

)

Tiempo (min)

Cr (VI) medio

Cr (VI) removido

55.31

Figura 18. Porcentaje de Cr (VI) en el medio (t90’ = 44.69 %) y porcentaje de Cr

(VI) removido (t90’ = 55.31 %) en función del tiempo a pH=6.





Tabla 9. Cinética de primer (ln[C]) y segundo (1/[C]) orden de la remoción de Cr (VI) [C] a pH=6 usando pseudotallo de banano.


0 145.41 4.9795 0.0069

1 128.90 4.8591 0.0078

3 112.72 4.7249 0.0089

5 105.15 4.6554 0.0095

10 100.92 4.6143 0.0099

15 96.18 4.5662 0.0104

20 92.50 4.5272 0.0108

30 87.74 4.4743 0.0114

40 85.30 4.4461 0.0117

50 80.65 4.3901 0.0124

60 76.94 4.3431 0.0130

70 70.16 4.2508 0.0143

80 67.02 4.2050 0.0149

90 64.98 4.1740 0.0154


35

0 50 100

4.2

4.3

4.4

4.5

4.6

4.7

4.8

4.9

5.0

ln [C

]

Tiempo (min)

R2=0.8615






0 50 100

0.006

0.007

0.008

0.009

0.010

0.011

0.012

0.013

0.014

0.015

1/[C

]

Tiempo (min)

R2=0.9312




36





presentan las concentraciones de cromo hexavalente calculadas con la ecuación

de la recta presentada en el apartado 4.2.1., dichas concentraciones están

expresadas en mg/L y corresponden a los tiempos 0, 1, 3, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50,

60, 70, 80 y 90 min. La concentración inicial fue de 144.50 mg/L de una solución de

300 mL la cual disminuye en función del tiempo a tomar contacto con los 2 g de

pseudotallo de banano con un tamaño de partícula de 75-150 µm. En la misma

tabla se presentan los porcentajes en el medio, así como, el porcentaje de remoción

de Cr (VI) a los tiempos expuestos.

Tabla 10. Efecto del pH=8 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos usando residuos de banano como adsorbente.



Cr (VI) (%)

0 144.50 0.00

1 116.60 19.31

3 112.64 22.05

5 109.29 24.37

10 98.85 31.59

15 98.37 31.93

20 93.17 35.52

30 88.83 38.53

40 86.72 39.98

50 84.64 41.43

60 79.75 44.81

70 75.07 48.05

80 72.28 49.98

90 68.33 52.71


37




47.29 %.

Esto indicaría que el adsorbente (2 g con tamaño de partícula entre 75 y 150 µm)

remueve el 52.71 % de Cr (VI) de una solución de 300 mL de concentración inicial

144.50 mg/L.

Además, se nota que es en los primeros 10 min en el que se remueve con mayor

eficiencia.

0 20 40 60 80 100

0

20

40

60

80

100

47.29

Porc

enta

je (

%)

Tiempo (min)

Cr (VI) medio

Cr (VI) removido

52.71







38

Tabla 11. Cinética de primer (ln[C]) y segundo (1/[C]) orden de la remoción de Cr (VI) [C] a pH=8 usando pseudotallo de banano.

Tiempo (min) Cr (VI) (mg/L) ln [C] 1/[C]

0 144.50 4.9733 0.0069

1 116.60 4.7588 0.0086

3 112.64 4.7242 0.0089

5 109.29 4.6940 0.0091

10 98.85 4.5936 0.0101

15 98.37 4.5887 0.0102

20 93.17 4.5344 0.0107

30 88.83 4.4867 0.0113

40 86.72 4.4627 0.0115

50 84.64 4.4384 0.0118

60 79.75 4.3789 0.0125

70 75.07 4.3184 0.0133

80 72.28 4.2806 0.0138

90 68.33 4.2243 0.0146




0 50 100

4.2

4.3

4.4

4.5

4.6

4.7

4.8

4.9

5.0

ln [C

]

Tiempo (min)

R2=0.8427




39



0 50 100

0.006

0.007

0.008

0.009

0.010

0.011

0.012

0.013

0.014

0.0151

/[C

]

Tiempo (min)

R2=0.9136







presentada en el apartado 4.2.1.

Dichas concentraciones están expresadas en mg/L y corresponden a los tiempos

0, 1, 3, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 y 90 min.

La concentración inicial fue de 149.44 mg/L de una solución de 300 mL la cual

disminuye en función del tiempo a tomar contacto con los 2 g de pseudotallo de

banano con un tamaño de partícula de 75-150 µm.



40

Tabla 12. Efecto del pH=10 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos.



Cr VI (%)

0 149.44 0.00

1 105.84 29.17

3 104.29 30.21

5 103.04 31.05

10 100.15 32.98

15 95.50 36.10

20 93.47 37.46

30 91.08 39.05

40 88.44 40.82

50 84.85 43.22

60 78.18 47.69

70 76.88 48.55

80 75.12 49.74

90 73.09 51.09





48.91 %.

0 20 40 60 80 100

0

20

40

60

80

100

48.91

Po

rcen

taje

(%

)

Tiempo (min)

Cr (VI) medio

Cr (VI) removido

51.09




41

Este resultado indicaría que el adsorbente (2 g con tamaño de partícula entre 75 y

150 µm) remueve el 51.09 % de Cr (VI) de una solución de 300 mL de concentración

inicial 149.44 mg/L.

Además, se nota que es en el primer minuto en el que se remueve con mayor

eficiencia.




Tabla 13. Cinética de primer (ln[C]) y segundo (1/[C]) orden de la concentración de Cr (VI) [C] en función del tiempo de agitación a pH=10 usando biomasa de

pseudotallo de banano como adsorbente.


0 149.44 5.0069 0.0067

1 105.84 4.6620 0.0094

3 104.29 4.6472 0.0096

5 103.04 4.6351 0.0097

10 100.15 4.6067 0.0100

15 95.50 4.5591 0.0105

20 93.47 4.5376 0.0107

30 91.08 4.5117 0.0110

40 88.44 4.4823 0.0113

50 84.85 4.4408 0.0118

60 78.18 4.3590 0.0128

70 76.88 4.3423 0.0130

80 75.12 4.3190 0.0133

90 73.09 4.2916 0.0137


42

0 50 100

4.2

4.3

4.4

4.5

4.6

4.7

4.8

4.9

5.0

5.1

Ln [C

]

Tiempo (min)

R2=0.7279

Figura 25. Cinética de primer orden de la remoción de Cr (VI) en función del tiempo a pH=10 usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente.






0 50 100

0.006

0.007

0.008

0.009

0.010

0.011

0.012

0.013

0.014

1/[C

]

Tiempo (min)

R2=0.83376

Figura 26. Cinética de segundo orden de la remoción de Cr (VI) en función del tiempo a pH=10 usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente.


43

4.8. Comparación de efecto de los pH

En la Tabla 14 se muestran los resultados de los ajustes de los modelos de primer

y segundo orden según el R2.

El proceso de remoción de Cr (VI) en función del tiempo usando como adsorbente

al pseudotallo de banano dio como resultado un ajuste de primer orden para el

tratamiento con pH=2 con un R2 de 0.9695.

Por otro lado, para el modelo de segundo orden para los pH de 4, 6, 8 y 10 se

obtuvo ajustes (R2) de 0.8435, 0.9312, 0.9136 y 0.8338.

En la tabla 14 se muestra el porcentaje de remoción a tiempo medio.

Tabla 14. Efecto del pH=2 en la remoción de Cr (VI) de medios acuosos usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente.

pH Remoción

(%) Remoción (%) a t1/2

Primer Orden (R2)

Segundo Orden (R2)

2 96.45 48.225 0.9695 0.7385

4 66.93 33.465 0.6947 0.8435

6 55.31 27.655 0.8615 0.9312

8 52.71 26.355 0.8427 0.9136

10 51.09 25.545 0.7279 0.8338


Así mismo, en la Figura 27 y Tabla 14 se muestran los porcentajes de remoción de

Cr (VI) a los 90 min de agitación partiendo de una solución de aproximadamente

150 mg/L en presencia de 2 g de pseudotallo de banano siendo el pH de mayor

eficiencia en la remoción de Cr (VI) a pH=2.

Asimismo, el orden según el porcentaje de remoción en función del pH del medio

es: pH = 2 > pH = 4 > pH = 6 > pH = 8 > pH = 10

44

0 20 40 60 80 100

0

20

40

60

80

100

51.09

52.71

55.31

66.93

Re

moció

n (

%)

Tiempo (min)

pH=2

pH=4

pH=6

pH=8

pH=10

96.45

Figura 27. Remoción expresada en porcentaje de Cr (VI) a pH=2, 4, 6, 8 y 10 usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente. Mayor eficiencia a

pH=2 (96.45 %).


4.9. Tiempo medio de remoción de Cr (VI) a diferentes pH

En la tabla 15 se observa que de una concentración inical de Cr (VI) conforme va

pasando el tiempo la concentración de Cr (VI) en el medio, disminuye alcanzando

el 50% de remoción a los siguientes minutos.

Tabla 15. Remoción de 50% de Cr (VI) en el medio.

pH Cr (VI) (mg/L) Cr (VI) (mg/L) T 1/2 (min)

2 148.70 74.35 7

4 147.96 73.98 15

6 145.41 72.70 70

8 144.50 72.25 80

10 149.44 74.72 80


4.10. Modelamiento cinético de la remoción de Cr (VI) con biomasa de

pseudotallo de banano

El modelamiento cinético a pH óptimo de 2 mostro un ajuste R2 de 0.9969 a un

modelo matemático de decaimiento tipo 2 para lo cual se usó el algoritmo de

Levenberg Marquardt en OriginPro 9.0. El modelo matemático con sus variables se

muestra en la Figura 28, siendo la ecuación la siguiente:

45

y = A1 × e(−x t1⁄ ) + A2 × e(−x t2⁄ ) + y0

Reemplazando

y = −40.794 × e(−x 0.789⁄ ) − 64.409 × e(−x 47.⁄ 351) + 105.293

Posteriormente:

y = −40.794 × e(−1.267x) − 64.409 × e(−0.021x) + 105.293

Con esta ecuación es posible predecir, con un ajuste R2 de 0.9969 a un pH=2

usando 2 gramos de pseudotallo de banano, el porcentaje de remoción a cualquier

tiempo.

0 50 100

0

20

40

60

80

100

Re

moció

n (

%)

Tiempo (min)

Model ExpDec2

Equation

y = A1*exp(-x/t1) + A2*exp(-x/t2) + y0

Reduced Chi-Sqr2.36487

Adj. R-Square 0.99685

Value Standard Error

Remoción

y0 105.29252 3.57314

A1 -40.79372 2.0827

t1 0.78904 0.10538

A2 -64.40899 2.91789

t2 47.3506 6.06506

k1 1.26736 0.16927

k2 0.02112 0.00271

Figura 28. Modelo matemático exponencial de decaimiento (ExpDec2) en la remoción de Cr (VI) usando biomasa de pseudotallo de banano como adsorbente

a pH óptimo (pH=2) con R2=0.99685. Fuente: Elaboración propia

46

CAPÍTULO V

DISCUSIÓN

En la presente investigación se evaluó la influencia del pH en la adsorción de Cr

(VI) en pseudotallo de banano ya que dependiendo del tipo de adsorbente el pH

influye en el mecanismo de adsorción debido a que en algunos casos se reportó

que a pH básico la adsorción es mayor y en otros casos a pH acido se favorece

mejor dicho proceso.

El proceso de adsorción de Cr (VI) desarrollado en la presente investigación fue

evaluado por el método espectrofotometríco con 1,5 - Difenilcarbazida dicho

método resultó s

universidad privada autÓnoma del sur facultad de...

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