VARIABLES

Variables independientes - pH

- Dosis de bioadsorbente - Velocidad de Agitación Variable dependiente

- Capacidad de bioadsorción Variable interviniente

- tiempo - Temperatura

Operacionalización de variables

pH. El pH fue necesario para variar la acidez o basicidad de la solución contaminada antes del proceso de bioadsorción, el cual fue medido con un pH-metro en el rango que se muestra en el diseño factorial.

El valor del pH de la fase acuosa es el factor más importante tanto en la bioadsorción de cationes como de aniones, siendo el efecto distinto en

53 casos (Lodeiro y col. 2006). Así mientras que la bioadsorción de cationes suele estar favorecida para valores de pH superiores a 4.5 (Schiewer y Volesky, 1995; Kratochvil, 1997), la adsorción de aniones prefiere un valor de pH, entre 1.5 y 4 (Giles y Hassan, 1958; Giles y col., 1958; Kuyucak y Volesky, 1989ª; Robertd, 1992).

Pauro y col. (2009) realizaron un estudio de bioadsorción de plomo por Saccharomyces cereviceae en el cual se observa una fuerte influencia del pH 5.14 en el proceso de bioadsorción de plomo, esto se debe a los grupos funcionales presentes en las paredes celulares de Saccharomyces cereviceae, que están sujetos al efecto del pH debido a la competencia con iones intercambiables por los centros activos ionizables (Navarro es ál., 2006).

Entre los grupos funciones que presentan características quelantes se mencionan los grupos carboxilos, fosfatos, amidas, tioles, hidroxilos, quitina, gluco-proteinas, los cuales juegan un papel importante en la bioadsorción de metales pesados (Arica et ál., 2004).

Dosis de bioadsorbente. Las dosis de bioadsorbente fueron pesadas en una balanza de cuatro dígitos para una mayor exactitud en el rango que se muestra en el diseño factorial.

Larenas y col. (2009) para su estudio de bioadsorción utilizó 0.1 g de bioadsorbente

Velocidad de Agitación. El equipo de jarras tiene la peculiaridad de poder programar la velocidad de rotación de las paletas. En este caso se programaron la velocidad de agitación y el tiempo para el proceso de bioadsorción.

54 Acosta y col. (2007) en su estudio de bioadsorción de cadmio (II) en solución acuosa por biomasas fúngicas mezclo 80 mg de biomasa celular con 200 mL de una solución de 1.0 mg/200mL de concentración del metal con una agitación constante de 100 rpm.

Para el estudio isotérmico de bioadsorción de Larenas y col. (2009) trabajó bajo una velocidad de agitación constante de 200 rpm

Capacidad de bioadsorción de plomo divalente. Teniendo los resultados de la concentración final de cada solución contaminada se puede obtener su capacidad de bioadsorción, de acuerdo a los valores óptimos de pH, dosis de adsorbente y velocidad de agitación se puede observar valores óptimos de capacidad de bioadsorción.

Tiempo El tiempo propuesto para el proceso de bioadsorción fue de 60 minutos, el cual fue controlado desde el encendido del equipo de jarras hasta su apagado. El tiempo es una variable importante para un proceso batch pero para este estudio se decidió mantenerlo fijo teniendo en cuenta anteriores investigaciones.

En general, la mayoría de los investigadores indican que el proceso de bioadsorción es un proceso rápido, ya que entre los 15 y 30 minutos de operación ya se ha retirado un porcentaje considerable del metal presente en la disolución. En este sentido, Gong y col. (2005) indican que la máxima retención de plomo con Spirulina máxima se produce a los 60 minutos de tiempo de contacto. Este hecho parece sugerir que probablemente la unión de los iones metálicos con los sitios activos del bioadsorbente tiene lugar

55 preferentemente en la superficie del sólido, sin que prodomine la difusión hacia el interior de la particula (Mashitah y col., 1999).

En la investigacion de Pauro y col. (2009) observó solo necesito 60 minutos para tener una eficiencia de bioadsorción de plomo cerca 78.4% en soluciones iniciales de 25 mg/L

Para Pacheco Tanaka y col. (2009) en su estudio de la cinética de la bioadsorción de iones Cadmio (II) y Plomo (II) de soluciones acuosas por biomasa residual de café (coffea arabica L.) llegaron a la conclusión de que el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio indica que la retención de Pb y Cd se produce en forma rápida en los primeros 30 minutos y alcanzando el equilibrio cerca a los 90 minutos siendo menos en el Cd que en el Pb; esto sugiere que probablemente existe unión entre el ion y los sitios activos y que tiene lugar preferentemente en la superficie del solido; además, que tiene poca importancia la difusión al interior de la partícula. De otro lado, la mayoría de estudios de bioadsorción muestran que los grupos funcionales presentan mayor afinidad por los iones con mayor radio atómico e índice covalente, que es justamente mayor para el Pb que para el Cd.

Para Larenas y col. (2009) en su estudio isotérmico de biosorcion de plomo en aguas utilizando residous vegetales en donde determinó la mayor tasa de adsorción entre 15 y 30 minutos con un pH óptimo igual a 6.

Temperatura. Para el proceso de bioadsorción se trabajó a temperatura ambiente.

56 Tabla 2: operacionalización de variables

Tipos Variables Definición Dimensión Indicador

Independiente

pH Medida de acidez o alcalinidad de una solución pH Dosis de

bioadsorbente

Cantidad específica y graduada de una sustancia

que se añade en cada etapa o proceso M g Velocidad de

agitación

Velocidad de rotación de las paletas del equipo

de prueba de jarras t^-1 rpm

Dependiente Capacidad de bioadsorción

Proceso que consiste en la captación de diversas

especies químicas por una biomasa mg/g

Interviniente Tiempo Magnitud física que permite medir la duración

de las cosas sujeta a cambios t s

Temperatura Contenido de la energía interna de las moléculas T °C Fuente: propia

Donde M (masa), t (tiempo), T (temperatura), 2.3. DISEÑO

Se trabajó con el diseño experimental factorial Número de pruebas = mⁿ

Donde m: niveles

n: factores o las variables independientes

En este proyecto se trabajó con tres variables por lo que el diseño experimental es 2³, representado en un espacio tridimensional, el diseño consiste en puntos experimentales representados por los vértices de un cubo del Gráfico 3.

Gráfico 3: El diseño factorial 2³ para el proceso de bioadsorción

Fuente: Diseño y Análisis de experimentos- Montgomery

57 Definiendo Niveles y Factores. Con datos bibliográficos y con trabajos se decidió trabajar con los siguientes máximos y mínimos para los factores a evaluar, con dos niveles. Las variables que se consideraron para la bioadsorción de plomo iónico en muestra sintética fueron:

A= pH

B= Dosis de adsorbente (g) C=Velocidad de agitación (rpm)

58 Tabla 3: Variables y dominio experimental

Niveles de las variables

Variables Bajo Alto

A= pH 6 8

B= Dosis de adsorbente (g) 0,05 0,1

C= Velocidad de agitación (rpm) 50 100

Fuente: Propia

Tabla 4: Diseño Factorial 2³

Matriz de experimentos

N° A B C

1 6 0,05 50

2 8 0,05 50

3 6 0,1 50

4 8 0,1 50

5 6 0,05 100

6 8 0,05 100

7 6 0,1 100

8 8 0,1 100

Fuente: Propia

En la tabla 3 se muestra las variables y niveles que se utilizaron y en la tabla 4 las combinaciones según la variables y niveles mostrados en la matriz de experimentos.