MODIFICACIÓN DEL BIOCARBÓN DERIVADO DEL RAQUIS DE PLÁTANO MEDIANTE TRATAMIENTO HIDROTERMAL CON SOLUCIONES ACUOSAS DE ÁCIDO FOSFÓRICO Y SU EFECTO. El tiempo de tratamiento hidrotermal influyó en la capacidad de adsorción, mientras que la modificación con la adición de ácido fosfórico redujo la capacidad de adsorción de plomo.
INTRODUCCIÓN
Además, algunos autores decidieron impregnar biocarbón a partir de biomasa residual con ácido fosfórico para mejorar la capacidad de adsorción de metales pesados, demostrando que tienen un excelente rendimiento de adsorción (Hao et al., 2014; Tang et al., 2021; Zeng et al., 2021). El objetivo de esta investigación fue evaluar la efectividad de la modificación del biocarbón derivado de plátano grachys mediante tratamiento hidrotermal con soluciones acuosas de ácido fosfórico y su efecto en la adsorción de arsénico y plomo, siendo una alternativa de uso de una tecnología sustentable y de bajo costo. costos para el tratamiento de aguas contaminadas donde será posible acceder a una captación de agua potable para mejorar la calidad del agua y la calidad de vida de las poblaciones rurales y de las zonas más remotas expuestas y vulnerables al riego en su bienestar mejorar y salud.
REVISIÓN DE LITERATURA (Estado del Arte)
La contaminación del agua con arsénico puede ocurrir de forma natural o como resultado de actividades humanas como la minería (Bundschuh et al., 2012). El biocarbón es una alternativa prometedora al carbón activado debido a su alta superficie específica, contenido de componentes no carbonizados, estructura porosa y alta variabilidad de los grupos funcionales de la superficie (Rajec et al., 2016).
MATERIALES Y MÉTODOS
Proceso de Producción del Biocarbón
- Molienda de Raquis de Banano
- Producción de Biocarbón
Modificación del Biocarbón Mediante Tratamiento Hidrotermal
Caracterización del Biocarbón de Raquis de Banano
- Determinación del pH de Carga Cero
- Determinación del Contenido de Humedad
- Determinación del Contenido de Ceniza
- Espectrofotometría Infrarrojo (FTIR)
- Pruebas de Adsorción
- Plomo
- Arsénico
Para determinar el contenido de humedad se utilizaron como referencia las normas ASTM D mediante el método de prueba de secado en horno. Para la determinación del contenido de cenizas del biocarbón de raquis de plátano modificado por tratamiento hidrotermal con concentraciones de ácido fosfórico de 0 M, 1M, 2M y 3M, se utilizaron como referencia las normas ASTM D Reaprobadas 2004. Para la determinación de las cenizas se utilizaron crisoles secos y limpios, los cuales se colocaron de forma continua en la mufla (HOBERSAL, XB-1-115) a 650 ºC durante 4 horas.
Para la determinación de los grupos funcionales en la superficie del biocarbón procedente del raquis de plátano modificado mediante tratamiento hidrotermal con ácido fosfórico, se utilizó la técnica de espectrofotometría infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), para lo cual se utilizó un espectrofotómetro (Shimadzu IR Tracer). – 100). Se realizaron pruebas de equilibrio y cinética de adsorción de plomo y arsénico utilizando modelos matemáticos para determinar la capacidad de adsorción. Para el desarrollo de las pruebas se utilizó el modelo cinético discontinuo, donde se prepararon soluciones sintéticas de Pb a partir de cloruro de plomo (PbCl2, Merk KGaA), a una concentración de 20 mg/L.
Las alícuotas se filtraron usando papel de filtro Whatman No. 42 y se conservaron con 200 μL de ácido nítrico concentrado (HNO3), para luego medir la concentración en el espectrofotómetro de absorción atómica, utilizando la técnica ContrAA 800 Flame (Analytik Jena, Alemania). para determinar la capacidad. Para analizar los datos se utilizó la forma no lineal de la ecuación de Langmuir, la ecuación de Freundlich (Tran et al., 2017). Las alícuotas se filtraron usando papel de filtro Whatman No. 42 y se conservaron con 200 μL de ácido nítrico concentrado (HNO3), para luego medir la concentración en el espectrofotómetro de absorción atómica, utilizando la técnica ContrAA 800 Flame (Analytik Jena, Alemania). determinar la capacidad de adsorción del biocarbón de raquis de plátano.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Rendimiento en la Producción de Biocarbón de Raquis de Banano
Según el estudio realizado por Chen et al. 2018), se observa que el biocarbón de paja de arroz y estiércol de cerdo mostró valores de pH de carga cero de 8,60 y 8,90 y después de la modificación con ácido fosfórico el valor de pH de carga cero se redujo de 7,02 y 7,08 respectivamente. Determinación del pH de carga cero de concentración 0 M con un tiempo de 2, 3 y 4 horas de tratamiento hidrotermal, según el método del pH. Determinación del pH de carga cero de concentración 1 M con un tiempo de 2, 3 y 4 horas de tratamiento hidrotermal, según el método del pH.
Determinación del pH de carga cero de concentración 2 M con un tiempo de 2, 3 y 4 horas de tratamiento hidrotermal, según el método de deriva del pH. Determinación del pH de carga cero de concentración 3 M con un tiempo de 2, 3 y 4 horas de tratamiento hidrotermal, según el método de deriva del pH.
Determinación del Contenido de Humedad
Determinación del Contenido de Ceniza
Determinación del contenido de humedad de muestras de biocarbón de raquis de plátano modificado con tratamiento. Determinación del contenido de cenizas de muestras de biocarbón de raquis de plátano modificado con tratamiento.
Espectrofotometría Infrarrojo
En la región de la banda de 2500 a 4000 cm-1, el pico de 3746 cm-1 está relacionado con el enlace O-H, esto se debe a que todos los compuestos contienen agua (Guzmán, 2009), de ahí la presencia de este pico analizado en todas las muestras líquidas concentradas. De igual forma, en los análisis observados de la parte sólida del biocarbón, en el rango de banda de 855 a 995 cm-1, esto se atribuye al enlace P=O (Pretsch et al., 2020), el cual se observa en pequeños picos. en todos los gráficos 2A, 2B, 2C y 3D. En la región de bandas encontrada entre 1000 y 1070 cm-1 que aparece para los biochars, la modificación con ácido fosfórico en todas las parcelas 2A, 2B, 2C y 3D de la parte sólida se puede atribuir a la cadena P-O o P-O-P (Puziy et al. , 2002).
Los picos característicos en forma de U observados en todas las parcelas de 1515 cm-1 se atribuyeron a la vibración de estiramiento de C=O y C-N en los grupos amida, respectivamente (Pawlak y Mucha, 2003). Los picos en 2909 cm-1 (2A y 2C) y 2903 (2B y 2D) cm-1 corresponden a vibraciones de estiramiento C=H respectivamente asimétricas y simétricas en compuestos alifáticos (Leifeld, 2006), que es el pico más significativo. parte de la muestra es el biocarbón modificado que tuvo el mayor tiempo de tratamiento, el cual fue de 4 horas. La región amplia centrada en 3000 cm-1 corresponde a la vibración de estiramiento O=H de los grupos hidroxilo unidos y el agua, mientras que en muchos casos también corresponde a la vibración de estiramiento N=H en compuestos amino (Movasaghi et al., 2008). se observó con el pico 3004 cm-1 presente en todas las muestras de biocarbón sólido analizadas.
Pruebas de Adsorción
- Plomo
- Cinética
- Equilibrio
- Arsénico
- Cinética
La Tabla 5 muestra que los resultados de los parámetros experimentales para los modelos matemáticos no lineales que utilizan Pseudo-Primer Orden y Pseudo-Segundo Orden para determinar el modelo que mejor se ajusta a la cinética de adsorción de plomo del biocarbón de raquis de plátano modificado por tratamiento hidrotermal de 2, 3 y 4 horas con ácido fosfórico de 0, 1, 2 y 3 M. Las muestras experimentaron con el método discontinuo, utilizando el grachis de plátano modificado por tratamiento hidrotermal de 2, 3 y 4 horas con ácido fosfórico 0, 1, 2 y 3 M. ácido con dosis de 0,1 g de biochar y concentraciones de 100 mg/L y tiempo de agitación de 48 horas. Las Figuras 15, 16 y 17 muestran las curvas de los modelos de Langmuir y Freundlich para los datos de equilibrio de adsorción de plomo a partir de biocarbón modificado por tratamiento hidrotermal de 2, 3 y 4 horas con ácido fosfórico de 0, 1, 2 y 3 M.
Ajuste de modelos aplicados a datos de equilibrio de adsorción para 1M de plomo con 2, 3 y 4 tratamientos hidrotermales. Ajuste de modelos aplicados a datos de equilibrio de adsorción para plomo 2M con 2, 3 y 4 tratamientos hidrotermales. Ajuste de modelos aplicados a datos de equilibrio de adsorción de plomo de 3M con 2, 3 y 4 tratamientos hidrotermales.
La Tabla 6 muestra los parámetros experimentales de los modelos matemáticos no lineales de Langmuir y Freundlich para determinar el modelo que mejor se ajusta a la adsorción de plomo por muestras de biocarbón de raquis de plátano modificado mediante tratamiento hidrotermal durante 2, 3 y 4 horas con fósforo 0, 1, 2 y 3 M. ácido Parámetros obtenidos utilizando diferentes modelos de equilibrio no lineal para la adsorción de plomo. El desarrollo de las pruebas de cinética de adsorción se realizó en un modelo discontinuo con materia prima raquis de plátano como base, modificado mediante tratamiento hidrotermal durante 2, 3 y 4 horas con ácido fosfórico 0, 1, 2 y 3 M.
El análisis de los resultados obtenidos muestra que los biocarbones con tratamiento hidrotermal sin adición de ácido fosfórico 0 M presentan una alta capacidad máxima de adsorción de 55 a 57 mg/g de arsénico, esto se puede atribuir a la alta temperatura proporcionada por un calor de desintegración para forman el enlace de la biomasa producida al fragmentar el tratamiento hidrotermal (Nizamuddin et al., 2015). Esto influye positivamente removiendo las impurezas en los poros y liberando sitios activos para poder adsorber arsénico, mientras que en el biocarbón En el tratamiento hidrotermal con la adición de ácido fosfórico de 1, 2 y 3M hay una mayor capacidad máxima de adsorción en 3M de 50 a 53 mg/g de arsénico, esto se debe a que el biocarbón fue activado químicamente o químicamente. térmica y esta forma de activación elimina productos volátiles aumentando el volumen de poros y áreas específicas (Fernando Torres & Abonia, 2007). Además, se observa que a medida que aumenta el tiempo de contacto, aumenta el porcentaje. En el Cuadro 7 se muestra que los resultados de los parámetros experimentales para los modelos matemáticos no lineales utilizados de Pseudo-Primer Orden y Pseudo-Segundo Orden para determinar el modelo que mejor se ajusta a la cinética de adsorción de arsénico del biocarbón de raquis de plátano modificado por tratamiento hidrotermal de 2, 3 y 4 horas con ácido fosfórico 0, 1, 2 y 3 M.
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
BIBLIOGRAFÍA
Heavy metals from Santiago Island (Cape Verde) alluvial deposits: Map of baseline values and assessment of risk to human health. A comparative study of activated carbon derived from a wide range of agro-industrial wastes for the removal of large molecular size organic pollutants in the aqueous phase. Heavy metals in the food chain Heavy metals in vegetables and potential risk to human health.
Preparation of magnetic graphene oxide/chitosan composite beads for efficient removal of heavy metals and dyes from aqueous solutions. Preparation of KOH and H3PO4 modified biochar and its application in methylene blue removal from aqueous solution. Production of carbon adsorbents from lignosulfonate by phosphoric acid activation for adsorption of metal ions.
Adsorption of Cu(II) ions from aqueous solutions to biofuels prepared from agricultural by-products. Adsorption of As(V), Cd(II) and Pb(II), in multicomponent aqueous systems using activated carbon. Effect of pyrolysis temperature on the characteristics and environmental hazard of heavy metals in pyrolyzed biofuel made from hydrothermally treated sewage sludge.
ANEXO
Graficas de las pruebas de FTIR de las muestras del biocarbón la parte
Panel Fotográfico
