UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA JOSE SIMEON CAAS

PRODUCTOS ORGANICOS INDUSTRIALES

FILTRO PARA AGUA CON METALES PESADOS A PARTIR DE CASCARAS DE BANANA

INTEGRANTES ISELA STEPHANIE MENJIVAR ANA CECIBEL MELENDEZ PONCE DIEGO JOSE ROBLES LARA MILTON ALEJANDRO RAMIREZ AGUIRRE

CATEDRATICA LIC. CLAUDIA ALFARO

San Salvador, 18 de noviembre de 2011-0-

INDICE

INTRODUCCION2

INTRODUCCION TEORICA..3

MATERIALES Y METODOS..5

RESULTADOS..9

CONCLUSIONES..12

RECOMENDACIONES..13

BIBLIOGRAFIA.13

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INTRODUCCIONUno de los problemas ambientales en nuestro pas son los desechos de metales pesados en aguas, que provienen ya sea de laboratorios o de las industrias; Asimismo gran cantidad de agua que se considera para uso domestico e industrial est contaminada por metales pesados. Se han buscado mtodos para evitar este problema y se han encontrado soluciones, pero muchas de ellas son costosas por lo que las empresas no invierten en ello. Siendo as, hemos buscado una solucin al problema de contaminacin de aguas a partir de desechos orgnicos. Las cascaras de guineo o banana en nuestro pas son un desecho ya que la materia comestible es la parte interna de la fruta. Por medio de estas cascaras hemos planteado la solucin de la contaminacin de aguas con metales, mediante la creacin de un filtro de polvo de cascaras de banano. Este filtro presenta grandes beneficios, entre los cuales se encuentran su bajo costo, que no se necesita preparar qumicamente las cascaras para crear el filtro, que se obtiene una disminucin en la concentracin de los metales en agua (que es lo que se busca) y que el filtro polvo de las cascaras de banano no pierde tanto su eficiencia al usarlo en muchas ocasiones. Esta investigacin se inici en la Universidad Estatal Paulista en So Paulo (Brasil), la cual fue publicada en; Nuestro equipo de trabajo en la Universidad Centroamericana Jos Simen Caas, ha recreado esta investigacin adaptando algunas condiciones que se apeguen al equipo disponible y a la realidad de nuestro pas. El polvo de las cascaras retiene los metales y sera muy bueno que se separara los metales del polvo, es decir volver a obtener el metal para su reutilizacin; as se estara solucionando un problema que tarde o temprano ser evidente: la escasez de recursos naturales como el hierro, plomo, arsnico entre otros.

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INTRODUCCION TEORICA

Nuestra investigacin consiste en comprobar el funcionamiento de un filtro a base de cascaras de guineo para purificar aguas contaminadas con metales como hierro y magnesio. Teniendo en cuenta la investigacin realizada en Sao Paulo sobre un filtro de cascaras de guineo para limpiar aguas de rio contaminadas con plomo y cobre; nos planteamos la hiptesis de que podra tambin funcionar para limpiar aguas contaminadas con metales como el hierro y el magnesio. La investigacin realizada en Sao Paulo consisti en secar cascaras de guineo (esto lo realizaron con un liofilizador y secndolo al sol), triturar las cascaras y luego realizar las pruebas. Lo que nosotros hicimos es cambiar las condiciones con que se realiza el filtro y utilizamos diferentes metales. Cules fueron las modificaciones que realizamos? Las cascaras de guineo las partimos en pequeos trozos y se colocaron en bandejas se introdujeron en la estufa y se vari su temperatura de secado de 55C a 62C. Al estar completamente secas se molieron y se mantuvieron en refrigeracin hasta el da en que se realizaron las pruebas. Originalmente este filtro es realizado con las cascaras secadas con el sol a una temperatura ambiente y sin refrigeracin, cuando se muelen son seleccionadas las partculas del mismo tamao para tenerlas de forma homognea. El proceso de limpiado original se puede observar en la siguiente imagen.

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Utilizando este mtodo se obtiene al menos un 65% de descontaminado pero al seguir pasando el agua en el filtro se pueden obtener porcentajes mucho mayores. Una de las investigadoras plantea que este mtodo adems de ser de bajo costo puede generar otros beneficios adems de la descontaminacin ya que se puede extraer los metales del polvo por diferencia de densidad en el caso del plomo y as poder reutilizar estos metales y no agotar los recursos. Pero de dnde surgi la idea de un filtro de cascaras de esta fruta? Esta idea provino de los investigadores Milena Boniolo y Gustavo Castro de la Universidad Federal de Sao Paulo, quienes observaron la gran cantidad de desechos de esta fruta que se depositaban en la basura de los restaurantes de la ciudad. Ellos empezaron a investigar las propiedades de la cascara del guineo, creando as un filtro a base de cascaras de guineo para metales como el plomo y el cobre en aguas de rio. En su documento titulado "Cscaras de Banana Aplicadas a la Fase Slida de Extraccin slida del cobre y el plomo de Aguas del Ro - Pre-concentracin de Iones Metlicos con Residuos de Fruta se dio a conocer grandes y beneficiosos resultados como: las cascaras de guineo limpiaron las aguas hasta en un 92%, al ser utilizadas en muchas ocasiones no pierde su propiedad de limpiar las aguas, existe una posibilidad de extraer los metales de las cas cara guineo, entre otras. Entonces Cmo funciona este filtro?, Por qu realizando el filtro con cascaras de guineo funciona mucho ms que con otras? Las cscaras de guineo son ideales para la descontaminacin de aguas con metales porque son muy ricas en molculas cargadas negativamente, es decir, la cascara contiene grandes cantidades de aniones por lo que al estar en contacto con metales disueltos en agua los atraen y los atrapan por ser cationes dejando as pasar el agua libre de ellos. Este mtodo puede utilizarse en zonas mineras o industriales, es atractivo por su bajo costo y porque no requiere ningn tipo de intervencin qumica para funcionar.

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MATERIALES Y METODOSMateriales, Reactivos, Equipo. Cscaras de banano (100 bananos aprox.). Papel filtro para caf. 5 g de Cloruro de potasio. 3 g Cloruro de hierro. 3 g Cloruro de magnesio. Agua destilada. 1 Baln volumtrico de 1000mL 2 Baln volumtrico de 100mL 1 Vidrio de reloj. 7 bandejas de papel aluminio. 2 Beaker de 100mL 1 Beaker de 250mL 2 Pizetas. 1 escopula. 1 Pipeta volumtrica de 10mL. 2 propipetas. 2 Pipetas graduadas de 25mL. 2 Gradillas para tubo de ensayo. Tubos de ensayo. Papel aluminio. Estufa elctrica. Tijeras. Molino de aspas Espectrmetro de absorcin atmica. Balanza analtica. Bandejas de Aluminio para hornear

Imagen 1: Espectrmetro de absorcin atomica

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Mtodo Polvo de Filtrado El filtro de cascaras de banano consiste esencialmente en el polvo obtenido del secado y molido de las cascaras. El proceso implica dos pasos principales. Secado Se utilizo una estufa elctrica, donde se colocaron las bandejas de aluminio que contenan las cascaras picadas. Se mantuvo una temperatura promedio de secado de 60 C, lo cual es muy importante para que las cascaras no pierdan sus propiedades. El tiempo de secado fue de tres das y medio aproximadamente. Molido Al obtener las cascaras secas, se depositaron lentamente porciones de estas en el molino de aspas para obtener el polvo seco de color caf oscuro. La cantidad de polvo a utilizar en cada prueba puede variar. Se almaceno este polvo en un refrigerador, para evitar una posible descomposicin.

Imagen 2: Picado

Imagen 3: Secado

Imagen 4: Molido de cascaras secas

Imagen 5: Polvo de filtrado

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Filtracin de soluciones problema Se realizaron soluciones de diversas concentraciones, con Cloruro de Hierro y de Magnesio como los compuestos que contenan los metales seleccionados para eliminar en las pruebas. Las concentraciones se encuentran en partes por milln y la cantidad de solucin depende del tipo de prueba que se realiz. Se realizaron tres tipos de pruebas. 1. Filtracin segn concentracin: Se realizo esta prueba con el objeto de conocer la influencia de a concentracin en la eficiencia del filtro evaluado. Esta prueba consisti principalmente en colocar (por cada solucin) 50 g de polvo de cascaras en un papel filtro de caf, verter la solucin con el objeto de filtrarla, y recolectar en un Beaker la solucin filtrada. 2. Nmero de Pasadas: Se realiz esta prueba con el objeto de conocer la influencia del nmero de pasadas en la concentracin de la solucin resultante. Esta prueba consisti esencialmente en dividir en cuatro partes los 1000 ml de solucin de 2000 ppm (aproximadamente). Para cada 250 ml se hizo una prueba de filtracin por pasadas as: Para los primeros 250 ml una pasada de filtrado tomando una muestra, luego con el mismo polvo de filtrado se pasaron los segundos 250 ml y se tomo una muestra, y as consecutivamente hasta obtener 4 muestras.

Compuesto

Concentracin (ppm)

Volume n (ml)

Prueba a Realizar

Cloruro de Hierro 511 III 1115 1532 2012 Cloruro Magnesio de 513 1144 1526 2000

100 100 100 1000 100 100 100 1000

Cantidad de Polvo de Cscara Utilizado Filtracin segn 150 g concentracin. Nmero de 75 g Pasadas Filtracin segn 150 g concentracin. Numero Pasadas de 75 g

TABLA 1: Concentraciones de soluciones problema

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3. Lectura de Concentracin de Hierro y Magnesio en Espectrmetro de masas: Se realiz esta prueba con cada muestra obtenida con el objetivo de determinar las tendencias de las pruebas previamente ejecutadas. En el caso de las soluciones filtradas de magnesio, la dilucin fue acompaada por un volumen de 10 ml de KCl para la lectura en el espectrmetro de absorcin atmica. Para esta prueba fue necesario realizar dos diluciones, para cada solucin ya que los valores de concentracin medidos inicialmente por el espectrmetro pasaron los parmetros de la curva de calibracin. Para el Hierro se realizaron dos diluciones de 7ml de solucin a 100 ml y de 10 ml de solucin de la primera dilucin a 50 ml. Asimismo a la solucin filtrada de cloruro de Magnesio se realiz dos diluciones de 5ml de solucin a 100 ml y de 2 ml de solucin de la primera dilucin a 100 ml.

Compuesto Cloruro de Potasio

Concentracin (%m/v) 2.51 2.50

Volumen (ml) 100 100

Prueba a Realizar Lectura de Concentracin de solucin de Mg en espectrmetro de absorcin atmica

TABLA 2: Concentraciones de la solucin de cloruro de potasio.

Causas de ErrorPuede que durante las mediciones se produzcan errores de apreciacin que corresponden a la mnima divisin que es discernible por el observador, lo cual pudo ocurrir durante la medicin de volmenes y al momento de diluir soluciones, debido a las marcas de aforo y los meniscos en los frascos volumtricos, pues dependiendo de la experiencia o la habilidad del observador as ser la medida de la incerteza. Otro aspecto que puede modificar los resultados viene dado por el Error de interaccin, esta incerteza proviene de la interaccin del mtodo de medicin con el objeto a medir. Debido a que el mtodo de medicin se obtuvo por medio de espectrofotometra de absorcin atmica, se utilizo para identificar las concentraciones de magnesio en una muestra fue necesario utilizar otra solucin adicional de cloruro de potasio como digestor para cuantificar las concentraciones Durante las mediciones de masa y volumen se obtuvieron errores de exactitud, que representa el error absoluto con el que el instrumento en cuestin ha sido calibrado (balanzas, pipetas volumtricas, probetas, etc). Un factor determinante en la eficiencia del filtro puede ser la temperatura de secado de las cascaras de guineo, la cual no debe sobrepasar los 70 C. Tambin puede cambiar la eficiencia del filtro el secado mediante el uso del liofilizador.

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RESULTADOSLos resultados obtenidos se encuentran organizados en las siguientes tablas. HIERRODILUCION REAL % RETENCION

HIERRO 175.9325968 383.8842377 527.4534996

C. Inicial Cloruro (mg/L) 511.000 1115.000 1532.000

C. Final Hierro (mg/L) 4.969 1.579 1.555

C. Final Hierro (mg/L) 70.979 112.786 111.071

Dism. Conc. 104.954 271.099 416.382

Eficiencia 59.656 70.620 78.942

TABLA 3: Resultados de prueba de filtracin para Hierro segn concentracin

Concentracion vs Eficiencia115.000 65.000 15.000 511.000 1115.000 1532.000 y = -1.321x2 + 14.927x + 46.05 R = 1 Eficiencia Poly. (Eficiencia)

GRAFICO 1: Concentraciones VS Eficiencia en Hierro.

HIERRO 692.7130818 692.7130818 692.7130818 692.7130818

N PASADA 1.00 2.00 3.00 4.00

C. Inicial Cloruro (mg/L) 2012.00 2012.00 2012.00 2012.00

C. Final Hierro (mg/L) 0.31 1.47 0.81 1.92

C. Final Hierro (mg/L) 22.07 105.25 58.07 136.79

Dism. Conc. 670.64 587.46 634.64 555.93

Eficiencia 96.81 84.81 91.62 80.25

TABLA 4: Resultados de prueba de filtracin para Hierro segn nmero de pasadas

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117.00

N Pasadas vs Eficienciay = 0.1611x2 - 5.0926x + 99.896 R = 0.5735

67.00 Eficiencia Poly. (Eficiencia) 17.00 1.00 2.00 3.00 4.00

GRAFICO 2: N pasadas VS Eficiencia en Hierro.

PRECIPITADOS En la mayora de pruebas para el hierro se obtuvo una solucin de color caf a caf oscuro o claro despus del filtrado; al dejar reposar por un da estas soluciones, se observ la aparicin de precipitados de color caf intenso y una mejora en la apariencia de la solucin (La solucin se torn ms transparente).Asimismo, al dejar reposar, si los recipientes no se encontraban bien sellados, se observ la aparicin de un hongo verde oscuro en la superficie del agua. La misma situacin ocurri con las pruebas de magnesio.

Imagen 5: Solucin de hierro y Precipitado de solucin final despus del filtrado de muestra de 2000 ppm en la prueba de la primera pasada

MAGNESIOC. Inicial Cloruro (mg/L) 513.00 1149.00 1526.00 C. Final Mg (mg/L) 0.12 0.18 0.18 C. Final Mg (mg/L) 120.50 175.00 175.50 Dism. Conc. -1.13 92.35 179.58

MAGNESIO 119.3668565 267.3538366 355.0756785

Eficiencia -0.95 34.54 50.57

TABLA 5: Resultados de prueba de filtracin para Magnesio segn concentracin

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Concentracion vs Eficiencia60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 513.00 1149.00 1526.00 y = -9.7314x2 + 64.687x - 55.905 R = 1 Eficiencia Poly. (Eficiencia)

GRAFICO 3: Concentraciones VS Eficiencia en Magnesio.C. Inicial Cloruro (mg/L) 2000.00 2000.00 2000.00 2000.00 C. Final Mg (mg/L) 0.13 0.21 0.27 0.22 C. Final Mg (mg/L) 134.00 207.00 267.00 223.00

MAGNESIO 465.3678618 465.3678618 465.3678618 465.3678618

N PASADA 1.00 2.00 3.00 4.00

Dism. Conc. 331.37 258.37 198.37 242.37

Eficiencia 16.57 12.92 9.92 12.12

TABLA 6: Resultados de prueba de filtracin para Magnesio segn nmero de pasadas

20.00 15.00 10.00 5.00 1.00

Pasadas vs Eficienciay = 1.4625x2 - 8.9475x + 24.281 R = 0.9549 Eficiencia Poly. (Eficiencia) 2.00 3.00 4.00

GRAFICO 4: N de pasadas VS Eficiencia en Magnesio.

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CONCLUSIONES

Al Analizar el grafico de los valores obtenidos de concentracin final vs eficiencia, se puede confirmar en el caso del magnesio que estos presentan una tendencia ascendente hasta la concentracin de aproximadamente 1000 ppm; Luego de la cual se observ que el valor de la eficiencia baja (para 1500 ppm). Este hecho indicara que en el caso de magnesio existe un lmite de tolerancia despus del cual la eficiencia tiende a la baja.

Asimismo en el caso de la prueba de filtracin de hierro por concentracin los valores de eficiencia tienden a ser ms cercanos a medida la concentracin aumenta (existe una posible convergencia a un valor constante), lo cual indica que el filtro fabricado posee un posible lmite de tolerancia.

Los valores obtenidos para la prueba del nmero de pasadas vs eficiencia, indican una tendencia claramente descendente, en el caso del Magnesio, ya que a medida que el filtro es reutilizado, las concentraciones finales despus del filtrado tienden a aumentar.

La prueba del numero de pasadas vs eficiencia en el caso del hierro, produjo valores que no describen una tendencia clara que pueda caracterizar un comportamiento del filtro cuando es reutilizado; por lo cual una prediccin basada en la descendencia de la curva de ajuste no es totalmente vlida.

En general se puede afirmar que el rendimiento del filtro es aceptable, debido a que siendo producido a partir de materia de desecho, sus costos de produccin no son altos, y la energa de secado puede provenir del sol, se compensa la eficiencia no tan alta que se obtiene en las condiciones de trabajo de laboratorio.

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RECOMENDACIONESSe recomienda utilizar un secador al aire libre, con el que se pueda aprovechar el sol como fuente de calor ms econmica. Las especificaciones sobre la construccin de este secador quedan fuera del alcance del proyecto, pero se puede anticipar que los materiales necesarios para construirlo son de bajo costo (se puede encontrar informacin en el enlace anexo). Se recomienda dar un tratamiento al agua filtrada con el propsito de eliminar materia orgnica residual, ya que la apariencia del agua resultante indica que en el filtrado se arrastra parte del polvo de cscaras. Se recomienda el uso del producto para fines industriales ya que el filtro no extrae otro tipo de contaminantes txicos que podran estar presentes en el agua para consumo de animales, plantas y humanos. Se recomienda el uso de un papel de filtrado mas rgido y de menor tamao de poro, para evitar el paso de las partculas de polvo filtrante y asimismo evitar que el soporte ceda ms rpidamente por la humedad.

BIBLIOGRAFIABakooff H. ; "QUMICA ORGANICA FUNADMENTAL"; 1 Edicin; Editorial Limusa, Mxico; 1985 SITIOS WEB

Chemistry for Life Developing New Materials: Using banana peels to purify water Consultado: 20/10/2011 http://portal.acs.org/portal/acs/corg/content?_npb=true&_pageLabel

Unesco Manual de Secado Solar/ Gua para utilizacin de secadores solares Consultado: 15/10/2011 http://www.unesco.org.uy/educacion/fileadmin/.../Guiasecaderosolar.pdf

Live Science Banana Peels May Help Filter Pollutants Out of Water Consultado: 15/10/2011 http://www.livescience.com/13276-banana-peels-filter-toxic-metals.html

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