UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA...

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

TEMA:

“EVALUACIÓN DE LA CÁSCARA DE PIÑA (ANANÁS COMOSUS) DESHIDRATADA,

COMO BIOSORBENTE DE METALES PESADOS EN AGUAS RESIDUALES

SINTÉTICAS”

AUTOR:

ADRIANA VANESSA ESPINOZA PINZÓN

TUTOR GUÍA:

ING. ALFREDO LEAL CHANTONG, MSC.

GUAYAQUIL ECUADOR

ABRIL 2019

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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL


TRABAJO DE TITULACIÓN PRESENTADO COMO REQUSIITO PARA

OPTAR POR EL TÍTULO DE INGENIERA QUÍMICA

“EVALUACIÓN DE LA CÁSCARA DE PIÑA (ANANÁS COMOSUS) DESHIDRATADA,


SINTÉTICAS”

AUTOR:

ADRIANA VANESSA ESPINOZA PINZÓN

TUTOR GUÍA:

ING. ALFREDO LEAL CHANTONG, MSC.

GUAYAQUIL ECUADOR

ABRIL -2019

3

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA

FICHA DE REGISTRO DE TESIS/TRABAJO DE GRADUACIÓN

TÍTULO Y SUBTÍTULO: “EVALUACIÓN DE LA CÁSCARA DE PIÑA (ANANÁS COMOSUS) DESHIDRATADA,


SINTÉTICAS”

AUTOR(ES) (apellidos/nombres): Espinoza pinzón Adriana Vanessa

REVISOR(ES)/TUTOR(ES)

(apellidos/nombres): Ing. Alfredo Leal Chantong

INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil

UNIDAD/FACULTAD: Facultad de Ingeniería Química

MAESTRÍA/ESPECIALIDAD:

GRADO OBTENIDO:

FECHA DE PUBLICACIÓN: Abril/2019 No. DE PÁGINAS: 114

ÁREAS TEMÁTICAS: Bioadsorción/ Tratamiento de aguas

PALABRAS CLAVES/

KEYWORDS:

Cáscara de piña, partículas, pectina, ácidos carboxílicos, metales pesados, adsorción.

RESUMEN/ABSTRACT (150-250 palabras):

En esta investigación se evaluó la capacidad de adsorción de metales pesados por medio de la cáscara de la piña (ananás comosus) en aguas

residuales sintéticas elaboradas con sulfato de cobre y cloruro de hierro a 50 ppm. Para el estudio de la cáscara de piña deshidratada y molida se

realizó el ensayo de cloruro férrico presentando taninos de tipos pirocatecólicos. Además, se determinó que la cáscara de piña contiene pectina en su

composición, la cual está conformada por un grupo funcional principal llamado ácidos carboxílicos, los cuales tienen la capacidad de adsorción, para

demostrarlo se llevaron a cabo una serie de pruebas tales como Prueba de Litmus y del bicarbonato, método INEN para determinación de la acidez

titulable, test de pectina, partiendo de estas pruebas que dieron resultados favorables. Las partículas fueron tratadas por desmetoxilación y reticulación

para que disminuya la proporción de metoxilos y se optimice la capacidad de adsorción, posterior se caracterizó el grupo funcional ácido carboxílico

con espectrofotometría infrarroja. Se evaluaron 4 parámetros por medio de agitación magnética y se leyeron los resultados en el espectrofotómetro

UV-Vis. Se logró determinar los parámetros óptimos para la Bioadsorción de los metales pesados dando como resultado de la ecuación de Langmuir

que la cantidad de cobre retenida por el adsorbente fué de 24,988 mg/g y de hierro 24,885 mg/g, siendo así que la partícula de cáscara de piña tratada

se puede aplicar para la separación de iones de metales reduciendo así costos de producción y el impacto negativo medioambiental.

ADJUNTO PDF: SI NO

CONTACTO CON AUTOR/ES: Teléfono:

0983343352

E-mail:

[email protected]

CONTACTO CON LA

INSTITUCIÓN:

Nombre: Universidad de Guayaquil – Facultad de Ingeniería Química

Teléfono: 04-229-2949

E-mail: www.fiq.ug.edu.ec

ANEXO

10



UNIDAD DE TITULACIÓN

5




LICENCIA GRATUITA INTRANSFERIBLE Y NO EXCLUSIVA PARA EL USO NO

COMERCIAL DE LA OBRA CON FINES NO ACADÉMICOS

Yo, ESPINOZA PINZÓN ADRIANA VANESSA con C.I. No. 0926803008, certifico que los

contenidos desarrollados en este trabajo de titulación, cuyo título es “EVALUACIÓN DE LA

CÁSCARA DE PIÑA (ANANÁS COMOSUS) DESHIDRATADA, COMO BIOSORBENTE DE

METALES PESADOS EN AGUAS RESIDUALES SINTÉTICAS” son de mi absoluta propiedad y

responsabilidad Y SEGÚN EL Art. 114 del CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE

LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN*, autorizo el uso de una licencia

gratuita intransferible y no exclusiva para el uso no comercial de la presente obra con fines no

académicos, en favor de la Universidad de Guayaquil, para que haga uso del mismo, como fuera

pertinente

*CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS,

CREATIVIDAD E INNOVACIÓN (Registro Oficial n. 899 - Dic./2016) Artículo 114.- De los

titulares de derechos de obras creadas en las instituciones de educación superior y centros

educativos.- En el caso de las obras creadas en centros educativos, universidades, escuelas

politécnicas, institutos superiores técnicos, tecnológicos, pedagógicos, de artes y los conservatorios

superiores, e institutos públicos de investigación como resultado de su actividad académica o de

investigación tales como trabajos de titulación, proyectos de investigación o innovación, artículos

académicos, u otros análogos, sin perjuicio de que pueda existir relación de dependencia, la titularidad

de los derechos patrimoniales corresponderá a los autores. Sin embargo, el establecimiento tendrá

una licencia gratuita, intransferible y no exclusiva para el uso no comercial de la obra con fines

académicos.

ANEXO 12

6




CERTIFICADO PORCENTAJE DE SIMILITUD

Habiendo sido nombrado el ING. ALFREDO LEAL CHANTONG, MSC, tutor del trabajo de titulación

certifico que el presente trabajo de titulación ha sido elaborado por ESPINOZA PINZÓN ADRIANA

VANESSA, C.C.: 09268030008, con mi respectiva supervisión como requerimiento parcial para la

obtención del título de INGENIERO QUÍMICO.

Se informa que el trabajo de titulación: “EVALUACIÓN DE LA CÁSCARA DE PIÑA (ANANÁS

COMOSUS) DESHIDRATADA, COMO BIOSORBENTE DE METALES PESADOS EN AGUAS

RESIDUALES SINTÉTICAS”, ha sido orientado durante todo el periodo de ejecución en el programa

antiplagio (URKUND) quedando el 3% de coincidencia.

https://secure.urkund.com/view/47363918-795540-577351

ANEXO 6

https://secure.urkund.com/view/47363918-795540-577351

8

AGRADECIMIENTOS

La culminación de mi carrera es algo que me llena de mucha satisfacción y alegría, pues es el

resultado de muchos sacrificios y obstáculos que se presentaron en el camino y que al final con la

ayuda de muchas personas que me brindaron su apoyo y amor pude superar.

Agradezco a Dios por permitirme cumplir esta meta con su bendición, a mis padres y hermanita

quienes son mis pilares fundamentales, por su confianza, ayuda y amor sin ellos no podría

lograrlo.

A Kevin quien me brindo su ayuda para el desarrollo de este trabajo de investigación y estar

presto a compartir sus conocimientos conmigo.

Agradezco al Ing. Alfredo Leal Chantong quien me supo guiar e instruir, impartió nuevos

conocimientos en mí con su gran experiencia, y siempre estuvo presto a ayudarme para la

culminación de esta investigación.

Al Ing. Wilfrido Terán que me ayudo incondicionalmente en el desarrollo experimental, por su

paciencia y guía.

9

DEDICATORIA

Dedicado a Dios, a mis padres Eddy Espinoza Bustamante y Liz Pinzón Rojas; a mi hermanita Liz

Espinoza Pinzón quien es como mi segunda mamá, por todo el sacrificio, paciencia, ayuda y amor

que siempre me han brindado para ellos les dedico mis logros.

10

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Autor:

Espinoza Pinzón Adriana Vanessa

Tutor:

Ing. Alfredo Leal Chantong

RESUMEN En esta investigación se evaluó la capacidad de adsorción de metales pesados por medio de la

cáscara de la piña (ananás comosus) en aguas residuales sintéticas elaboradas con sulfato de cobre

y cloruro de hierro a 50 ppm. Para el estudio de la cáscara de piña deshidratada y molida se realizó

el ensayo de cloruro férrico presentando taninos de tipos pirocatecólicos. Además, se determinó

que la cáscara de piña contiene pectina en su composición, la cual está conformada por un grupo

funcional principal llamado ácidos carboxílicos, los cuales tienen la capacidad de adsorción, para

demostrarlo se llevaron a cabo una serie de pruebas tales como Prueba de Litmus y del bicarbonato,

método INEN para determinación de la acidez titulable, test de pectina, partiendo de estas pruebas

que dieron resultados favorables. Las partículas fueron tratadas por desmetoxilación y reticulación

para que disminuya la proporción de metoxilos y se optimice la capacidad de adsorción, posterior

se caracterizó el grupo funcional ácido carboxílico con espectrofotometría infrarroja. Se evaluaron

4 parámetros por medio de agitación magnética y se leyeron los resultados en el espectrofotómetro

UV-Vis. Se logró determinar los parámetros óptimos para la Bioadsorción de los metales pesados

dando como resultado de la ecuación de Langmuir que la cantidad de cobre retenida por el

adsorbente fué de 24,988 mg/g y de hierro 24,885 mg/g, siendo así que la partícula de cáscara de

piña tratada se puede aplicar para la separación de iones de metales reduciendo así costos de

producción y el impacto negativo medioambiental.

Palabras clave: Cáscara de piña, partículas, pectina, ácidos carboxílicos, metales pesados,

adsorción.

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UNIVERSDAD DE GUAYAQUIL



Autor:

Espinoza Pinzón Adriana Vanessa

Tutor:

Ing. Alfredo Leal Chantong

ABSTRACT

In this investigation the capacity of adsorption of heavy metals by means of the pineapple peel

(ananas comosus) in synthetic wastewater elaborated with copper sulphate and iron chloride at 50

ppm was evaluated. For the study of dehydrated and ground pineapple peel, the ferric chloride test

was carried out, presenting pyrocatecholic tannins. In addition, it was determined that the

pineapple peel contains pectin in its composition, which is made up of a main functional group

called carboxylic acids, which have the capacity of adsorption, to demonstrate it were carried out

a series of tests such as Test of Litmus and bicarbonate, INEN method for titratable acidity

determination, pectin test, based on these tests that gave favorable results. The particles were

treated by demethoxylation and crosslinking so that the proportion of methoxys decreased and the

capacity of adsorption was optimized, later the carboxylic acid functional group was characterized

with infrared spectrophotometry. Four parameters were evaluated by means of magnetic stirring

and the results were read on the UV-Vis spectrophotometer. It was possible to determine the

optimal parameters for the bioadsorption of the heavy metals resulting in the Langmuir equation

that the amount of copper retained by the adsorbent was 24,988 mg / g and iron 24,885 mg / g,

thus the shell particle Pineapple treated can be applied for the separation of metal ions thus

reducing production costs and the negative environmental impact.

Key words: pineapple peel, particles, pectin, carboxylic acids, heavy metals, adsorption.

12

ÍNDICE DE CONTENIDO

AGRADECIMIENTOS ................................................................................................................................ 8

DEDICATORIA ........................................................................................................................................... 9

RESUMEN ................................................................................................................................................. 10

ABSTRACT ................................................................................................................................................ 11

ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................................................... 16

ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................................................................ 18

ÍNDICE DE CUADROS ............................................................................................................................. 19

ÍNDICE DE ECUACIONES ...................................................................................................................... 19

INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................................... 20

CAPÍTULO 1. EL PROBLEMA ............................................................................................................. 22

1.1 Planteamiento del problema .............................................................................................................. 22

1.2 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN........................................... 23

1.2.1 Justificación teórica............................................................................................................. 23

1.2.2 Justificación metodológica ................................................................................................. 24

1.2.3 Justificación práctica ........................................................................................................... 24

1.3 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ................................................................................... 25

1.3.1 Objetivo general .................................................................................................................. 25

1.3.2 Objetivos específicos .......................................................................................................... 25

1.4 DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ........................................................................... 26

1.4.1 Delimitación temporal ......................................................................................................... 26

1.4.2 Delimitación espacial .......................................................................................................... 26

1.4.3 Delimitación del contenido ................................................................................................. 27

1.5 HIPOTESIS ................................................................................................................................. 27

1.5.1 Variable Independiente ....................................................................................................... 27

1.5.2 Variable Dependiente .......................................................................................................... 27

1.5.3 Operacionalización de las variables .................................................................................... 28

13

CAPÍTULO II. MARCO DE REFERENCIA ........................................................................................ 29

2.1 Marco teórico .............................................................................................................................. 29

2.1.1 Antecedentes ....................................................................................................................... 29

2.1.1.1 Grupo funcional presente en los biosorbentes .................................................................... 29

2.1.1.2 Bioadsorción en discontinuo con residuos vegetales .......................................................... 29

2.1.1.3 Factores que afectan a la Bioadsorción ............................................................................... 30

2.1.1.3.1 Efecto del Tamaño de partícula ...................................................................................... 30

2.1.1.3.2 Efecto del pH .................................................................................................................. 30

2.1.1.3.3 Efecto de la concentración del Biosorbente .................................................................... 30

2.1.1.3.4 Efecto del tiempo de contacto ......................................................................................... 30

2.1.2 Composición físico-química del adsorbato y biosorbente (adsorbente) ............................. 31

2.1.3 Disponibilidad de los biosorbentes ..................................................................................... 31

2.1.4 Componente orgánico de la cáscara de piña ....................................................................... 31

2.1.4.1 Pectina como biosorbente ................................................................................................... 32

2.1.4.2 Estructura de la Pectina ....................................................................................................... 32

2.1.4.3 Remoción de metales por la pectina de la Biomasa reticulada con Ca2+ ............................ 33

2.1.5 Proceso de Biosorción de metales pesados ......................................................................... 34

2.1.6 Procedencia de las aguas residuales contaminados con metales pesados ........................... 34

2.1.7 Sistemas de tratamientos para efluentes industriales .......................................................... 34

2.1.7.1 Sistemas Mono componentes .............................................................................................. 34

2.1.7.2 Sistemas multi componentes ............................................................................................... 35

2.1.8 Propiedades de la disolución que contienen los metales pesados ....................................... 35

2.1.9 Tecnología de Biosorción ................................................................................................... 36

2.1.10 Aplicación industrial de la Biosorción ................................................................................ 36

2.1.11 Interés industrial en la aplicación de la Bioadsorción ......................................................... 37

2.1.12 Interés medioambiental en la aplicación de la Bioadsorción .............................................. 37

2.2 Marco Conceptual ....................................................................................................................... 38

2.2.1 Piña (ananás comosus) ........................................................................................................ 38

2.2.2 Propiedades de la piña ......................................................................................................... 38

2.2.3 Cultivo de piña (Ananás comosus L) en Ecuador. .............................................................. 39

2.2.4 Cáscara de piña como residuo ............................................................................................. 40

2.2.4.1 Tamizaje fitoquímico de compuestos fenólicos .................................................................. 40

2.2.5 Tratamientos convencionales para la remoción de metales pesados en aguas residuales. .. 41

2.2.6 Tratamientos no convencionales en la remoción de metales pesados. ................................ 45

2.2.8 Fundamento físico-químico de la adsorción, Absorción y Biosorción ............................... 47

14

2.2.9 Fundamentos fisicoquímicos de la biosorción. ................................................................... 48

2.2.10 Metodologías de biosorción de metales pesados ................................................................ 48

2.2.11 Parámetros que intervienen en la Biosorción de metales pesados: .................................... 49

2.2.12 Biomasas como biosorbente para la eliminación de metales pesados................................. 50

2.2.13 Ventajas y desventajas de las biomasas como biosorbentes de metales pesados. ............... 51

2.2.14 Metales pesados .................................................................................................................. 53

2.2.15 Aplicaciones de los metales pesados................................................................................... 53

2.2.16 Cobre ................................................................................................................................... 53

2.2.17 Hierro .................................................................................................................................. 54

2.2.18 Legislación sobre metales pesados...................................................................................... 54

2.2.19 Espectrofotometría Infrarroja (FT-IR) ................................................................................ 55

2.2.20 Caracterización de los metales pesados adsorbidos por las partículas de la cáscara de piña

mediante espectrofotometría Uv-Vis. ................................................................................................. 55

2.2.20.1 Rango de longitudes de onda según el color observado de la muestra y absorbido por

medio del espectrofotómetro Uv-vis. .................................................................................................. 56

2.2.20.2 Ley de Lambert-Beer ...................................................................................................... 57

2.2.21 Mecanismo de intercambio iónico en la isoterma de Langmuir en la adsorción de metales

pesados 58

CAPITUIO III. METODOLOGÍA ......................................................................................................... 59

3.1 Tipo de investigación .................................................................................................................. 59

3.2 Metodología de la investigación ................................................................................................. 59

3.3 Materiales y equipos ................................................................................................................... 60

3.4 Diseño de la investigación .......................................................................................................... 61

3.4.1 Origen de los reactivos ........................................................................................................ 61

3.4.2 Obtención y tratamiento de la Biomasa .............................................................................. 61

3.4.3 Acondicionamiento de la Biomasa ..................................................................................... 61

3.5 Análisis químico del grupo funcional. ........................................................................................ 62

3.5.1 Ensayo para ácidos carboxílicos ......................................................................................... 62

3.5.2 Ensayo de la determinación de acidez titulable (Norma INEN) ......................................... 62

3.5.3 Ensayo de presencia de pectina ........................................................................................... 63

3.5.4 Ensayo de tamizaje fitoquímico de compuestos fenólicos .................................................. 63

3.5.5 Desmetoxilación de la Biomasa .......................................................................................... 64

3.5.6 Reticulación de la Biomasa ................................................................................................. 64

3.5.7 Mecanismo y reacción al someter la biomasa a desmetoxilación y reticulación. ............... 65

3.6 Preparación de las aguas residuales sintéticas ............................................................................ 68

15

3.6.1 Preparación de la solución de sulfato de cobre ................................................................... 68

3.6.2 Preparación de la solución de cloruro férrico ..................................................................... 68

3.6.2.1 Experimentación en el equipo de agitación magnética ....................................................... 68

3.6.2.2 Bioadsorción de los metales pesados mediante las partículas de la cáscara de piña. .......... 68

3.6.3 Mecanismo de reacción final al añadir las partículas de piña en las soluciones residuales

sintéticas. 70

3.6.4 Ecuación del Porcentaje de humedad eliminada en el acondicionamiento de la biomasa. . 72

3.6.7 Ecuación del porcentaje de rendimiento de la conversión de cáscara de piña a polvo. ...... 72

3.6.8 Ecuación de la concentración total del ácido ...................................................................... 72

3.7 Modelo de adsorción de Langmuir ............................................................................................. 73

3.8 Ecuación de Lambert- Beer........................................................................................................ 73

3.9 Normas aplicadas ........................................................................................................................ 74

CAPÍTULO IV. RESULTADOS ......................................................................................................... 75

4.1 Acondicionamiento de la Biomasa ............................................................................................. 75

4.2 Ensayo para ácidos carboxílicos ................................................................................................. 75

4.3 Ensayo de la determinación de acidez titulable (Norma INEN) ................................................. 76

4.4 Ensayo de presencia de pectina ................................................................................................... 77

4.5 Ensayo de tamizaje fitoquímico de compuestos fenólicos .......................................................... 77

4.6 Desmetoxilación de la biomasa ................................................................................................... 78

4.7 Reticulación de la Biomasa ......................................................................................................... 78

4.8 Experimentación en el equipo de agitación magnética y caracterización por espectrofotómetro

UV-Vis. ................................................................................................................................................... 78

4.8.1 BIOADSORCIÓN DE COBRE MEDIANTE LAS PARTÍCULAS DE LA CÁSCARA DE

PIÑA. 78

4.8.1.1 Efecto del pH en la Bioadsorción de Cobre. ....................................................................... 79

4.8.1.2 Efecto del tamaño de partícula en la Bioadsorción de Cobre. ............................................ 80

4.8.1.3 Efecto del tiempo de contacto en la Bioadsorción de Cobre. .............................................. 81

4.8.1.4 Efecto de la concentración del biosorbente en la Bioadsorción de Cobre. ......................... 82

4.8.2 BIOADSORCIÓN DE HIERRO MEDIANTE LAS PARTÍCULAS DE LA CÁSCARA DE

PIÑA. 83

4.8.2.1 Efecto del Ph en la Bioadsorción de Hierro. ....................................................................... 84

4.8.2.2 Efecto del tamaño de partícula en la Bioadsorción de Hierro. ............................................ 85

4.8.2.3 Efecto del tiempo de contacto en la Bioadsorción de Hierro. ............................................. 86

4.8.2.4 Efecto de la concentración del Biosorbente en la Bioadsorción de Hierro. ........................ 87

4.9 Análisis de Resultados ................................................................................................................ 88

CAPITULO V............................................................................................................................................ 92

16

5.1 Conclusiones ............................................................................................................................... 92

5.2 Recomendaciones ....................................................................................................................... 93

5.3 Bibliografía ................................................................................................................................. 93

ANEXOS .................................................................................................................................................. 101

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1: Ubicación de la Facultad de Ingeniería Química ......................................................................... 26

Figura 2: Ubicación del Instituto de Investigaciones Tecnológicas ............................................................ 26

Figura 3:Fórmula química de la Pectina ..................................................................................................... 32

Figura 4: Ejemplo de intercambio iónico entre el metal pesado (plomo) y el calcio .................................. 33

Figura 5: Mecanismo de reacción del intercambio iónico entre el (Ca2+) unido a las cadenas

poligalacturónicas y el metal pesado (Pb2+) .............................................................................................. 33

Figura 6: Fruta piña (ananás comosus) ....................................................................................................... 38

Figura 7: Operaciones de membrana mediante Nanofiltración ................................................................... 42

Figura 8: Operaciones de membrana mediante Ultrafiltración ................................................................... 42

Figura 9: Reacción de intercambio iónico ................................................................................................. 42

Figura 10: Intercambio en la resina ............................................................................................................. 43

Figura 11: Biosorción de soluciones acuosas por Biomasas ....................................................................... 47

Figura 12: Diferencias entre, adsorción, Absorción y Biosorción .............................................................. 47

Figura 13: Componentes del espectrofotómetro Uv-Vis ............................................................................ 56

Figura 14: Fundamento utilizado en la espectrofotometría por la Ley de Lambert-Beer ........................... 57

Figura 15: ESTRUCTURA MOLECULAR DE LA PECTINA ................................................................. 65

Figura 16: DESMETOXILACIÓN DE LA BIOMASA ............................................................................. 66

Figura 17: RETICULACIÓN DE LA BIOMASA...................................................................................... 67

Figura 18: Equipo de agitación magnética del laboratorio de microbiología ............................................. 69

Figura 19: BIOADSORCIÓN DE COBRE ................................................................................................ 70

Figura 20: BIOADSORCIÓN DE HIERRO ............................................................................................... 71

Figura 21: Gráfico del Ph vs la cantidad de cobre retenido por la partícula de piña .................................. 79

Figura 22: Gráfico del Tamaño de partículas vs la cantidad de cobre retenido por la partícula de piña .... 80

Figura 23: Gráfico del tiempo de contacto vs la cantidad de cobre retenido por la partícula de piña ........ 81

Figura 24: Gráfico de la concentración del biosorbente vs la cantidad de cobre retenido por la partícula de

piña .............................................................................................................................................................. 82

Figura 25: Gráfico del pH vs la cantidad de Hierro retenido por la partícula de piña ................................ 84

Figura 26: Gráfico del tamaño de partícula vs la cantidad de Hierro retenido por la partícula de piña ...... 85

17

Figura 27: Gráfico del tiempo de contacto vs la cantidad de Hierro retenido por la partícula de piña ....... 86

Figura 28: Gráfico de la concentración del biosorbente vs la cantidad de Hierro retenido por la partícula

de piña ......................................................................................................................................................... 87

Figura 29: Cáscara de piña troceadas ........................................................................................................ 101

Figura 30: Cáscara de piña troceadas ........................................................................................................ 101

Figura 31: Limpieza de las cáscaras de piña ............................................................................................. 101

Figura 32: Secado en la estufa a 60°C ...................................................................................................... 101

Figura 33: Pesaje de las cáscaras de piña deshidratadas ........................................................................... 102

Figura 34: Molino de bolas para pulverización de cáscaras de piña deshidratadas .................................. 102

Figura 35: Tamiz vibratorio para obtención de partículas de diferentes tamaños de mallas .................... 103

Figura 36: pH 4 de la solución al 10%(Partículas de cáscara de piña en agua destilada) ......................... 103

Figura 37: Desprendimiento de 3 burbujas de CO2 .................................................................................. 104

Figura 38: Desprendimiento de 7 burbujas de CO2 .................................................................................. 104

Figura 39: Gotas de fenolftaleína en solución al 5% y 10 %(partículas en agua destilada) ..................... 104

Figura 40: 9 ml recogidos de NaOH 0,1 mol/L recogidos en la solución al 10% ..................................... 104

Figura 41: 5 ml de NaOH 0,1 mol/L recogidos en la solución al 5% ...................................................... 104

Figura 42: Solución en agua destilada al 5% (presencia media de pectina) y 10% (alta presencia de

pectina- tubo de ensayo derecho) .............................................................................................................. 104

Figura 43: Solución en alcohol etílico al 5% (ausencia de pectina) y 10% (ligera presencia de pectina-

tubo de ensayo derecho) ............................................................................................................................ 104

Figura 44: Solución en alcohol etílico al 5% (Mayor presencia de taninos pirocatecólicos) y 10% (Menor

presencia de taninos pirocatecólicos- tubo de ensayo derecho) ................................................................ 104

Figura 45: Partículas de cáscara de piña de los 4 tamaños de mallas en 500 ml de solución NaOH 0,2 M

.................................................................................................................................................................. 104

Figura 46: Secado del material filtrado en la estufa a 60°C ...................................................................... 104

Figura 47: Filtración luego de la agitación magnética de las cuatro soluciones ....................................... 104

Figura 48: Agitación magnética de las soluciones 0,2 M de CaCl2 con las partículas de cáscara de piña

.................................................................................................................................................................. 104

Figura 49: Pesaje para la preparación de las soluciones de CaCl2 al 0,2 M ............................................. 104

Figura 50: Secado del material filtrado en la estufa a 60°C ...................................................................... 104

Figura 51: Filtración de las soluciones 0,2 M de CaCl2 con las partículas de cáscara de piña ................ 104

Figura 52: Elaboración del agua residual sintética con sulfato de cobre a 50 ppm .................................. 104

Figura 53: Pesaje de la partícula de cáscara de piña ................................................................................. 104

18

Figura 54: Filtrado de la solución para la posterior lectura de concentración de cobre final en el

espectrofotómetro Uv-Vis ......................................................................................................................... 104

Figura 55: Agitación magnética para la adsorción de cobre mediante las partículas de cáscara de piña . 104

Figura 56: Preparación del agua residual sintética con Cloruro de Hierro a 50 ppm ............................... 104

Figura 57: Pesaje de la partícula de cáscara de piña ................................................................................. 104

Figura 58: Filtrado de la solución para la posterior lectura de concentración de Hierro final en el

espectrofotómetro Uv-Vis ......................................................................................................................... 104

Figura 59: Agitación magnética para la adsorción de Hierro mediante las partículas de cáscara de piña 104

Figura 60: Figura 60: Cubetas del blanco (agua destilada) y la muestra a analizar (filtrado de la solución

que contiene el metal pesado) ................................................................................................................... 104

Figura 61: Lectura de la concentración final del metal pesado, absorbancia y transmitancia .................. 104

Figura 62: Caracterización del metal pesado por espectrofotómetro Uv-vis ........................................... 104

Figura 63: Análisis de los grupos funcionales ácidos carboxílicos mediante espectrofotometría Infrarroja

(FT-IR) ...................................................................................................................................................... 104

Figura 64: Análisis de resultados de los picos obtenidos de la muestra de partículas de cáscara de piña 104

Figura 65: Espectro Infrarrojo de la muestra con reconocimiento de picos. ............................................. 104

Figura 66: Espectro Infrarrojo de la muestra con reconocimiento de picos. ............................................. 104

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1: Operacionalización de las variables .............................................................................................. 28

Tabla 2: Materiales y equipos ..................................................................................................................... 60

Tabla 3: Acondicionamiento de la Biomasa ............................................................................................... 75

Tabla 4: Rendimiento de la conversión de cáscaras de piña a polvo .......................................................... 75

Tabla 5: Ensayo de Litmus ......................................................................................................................... 75

Tabla 6: Ensayo del Bicarbonato ................................................................................................................ 76

Tabla 7: Ensayo de la determinación de acidez titulable ............................................................................ 76

Tabla 8: Test de presencia de pectina ......................................................................................................... 77

Tabla 9: Ensayo de compuesto fenólicos .................................................................................................... 77

Tabla 10: Análisis de grupos funcionales en el Espectro Infrarroja ........................................................... 78

Tabla 11: Análisis de remoción de metales pesados por espectrofotometría Uv-vis .................................. 78

Tabla 12: Efecto de pH ............................................................................................................................... 79

Tabla 13: Efecto del tamaño de partícula .................................................................................................... 80

Tabla 14: Efecto del tiempo de contacto ..................................................................................................... 81

Tabla 15: Efecto de la concentración del biosorbente ................................................................................ 82

19

Tabla 16: Efecto de pH ............................................................................................................................... 84

Tabla 17: Efecto del tamaño de partícula .................................................................................................... 85

Tabla 18: Efecto de tiempo de contacto ...................................................................................................... 86

Tabla 19: Efecto de concentración del Biosorbente .................................................................................... 87

ÍNDICE DE CUADROS

Cuadro 1: Biomasas vivas y muertas como biosorbentes ........................................................................... 50

Cuadro 2: Límites de descarga para la preservación de la vida acuática y silvestre en aguas, dulces,

marinas y estuarios ...................................................................................................................................... 54

Cuadro 3: Regiones del espectro ultravioleta Uv-Vis y sus zonas comprendidas ...................................... 56

ÍNDICE DE ECUACIONES

Ecuación 1: Porcentaje de humedad eliminada ........................................................................................... 72

Ecuación 2: Porcentaje de rendimiento de la conversión de cáscaras de piña a polvo ............................... 72

Ecuación 3: Concentración total del ácido .................................................................................................. 72

Ecuación 4: Ecuación de Langmuir ............................................................................................................ 73

Ecuación 5: Ecuación de Lambert-Beer ...................................................................................................... 74

20

INTRODUCCIÓN

El planeta tierra en la actualidad se encuentra con altos índice de contaminación residual

por efectos de metales pesados y polímeros. En Ecuador se hace referencia de varios ríos: Río

Daule, Estero Salado, Río Guayas, Río Patate, entre otros.

Las aguas residuales contaminadas por metales pesados provienen de Industrias dedicadas

a la elaboración de textiles, agroforestales, pesticidas, insecticidas, baterías, aleaciones, tuberías

de aguas, acabados de metales. [1]

Cuando los metales pesados se incorporan finalmente a ríos y estos llegan a contaminar a

los alimentos y personas pueden causar intoxicaciones con daños severos como efectos

teratogénicos, inestabilidad en los procesos bioquímicos y fisiológicos, cáncer y hasta la muerte,

esto debido a que se encuentren en altas concentraciones en el organismo. [2]

En la Universidad de Granada, ubicada en España, realizaron estudios con residuos

vegetales de cáscara de almendra, cáscara de piña, cáscara de piñón y hueso de aceituna basándose

en la metodología en continuo y discontinuo en mezclas binarias y de un solo metal, y se determinó

que los valores de punto de carga son muy similares por lo que se determinó que era factible

trabajar con un pH de 5 o superior a este[3]. Se destacó que los grupos funcionales eran parecidos

entre ellos se encontraron grupos superficiales hidroxilo, carboxilo y en menor cantidad los amino

ya que el porcentaje de nitrógeno en los residuos era mínimo[3]. Se concluyó que a mayor

concentración del biosorbente, el porcentaje de remoción incrementaría. Además, el tiempo de

contacto para la cáscara de piña y piñón era más lenta en comparación de los otros residuos.[3]

En la Universidad Politécnica de Valencia en el año 2012 determinaron que tanto la cáscara

como el carbón activado de Moringa son biosorbentes eficientes ya que la remoción de los metales

21

pesados fueron altas, siendo así que la cáscara de moringa tiene una capacidad de adsorción mejor

que la del carbón activado con una pequeña diferencia entre sus rendimientos.[4]

Un estudio del año 2016 de la Universidad de Cartagena en Colombia demostró que en la

remoción de plomo por biomasas, el tamaño de partículas requerido varía esto es que para el zuro

de maíz se necesitó 0,5 mm ,mientras que para la cáscara de naranja fue el de 1 mm por lo que se

concluyó que en el zuro de maíz la mayor adsorción se da al reducir el tamaño de la partícula.[1]

En la Universidad Peruana Cayetano Heredia, se demostró que la biosorción de plomo

(especie catiónica) con cáscara de naranja (pectina) se beneficia con el incremento del pH en un

rango de 4.5 - 5.5. Además, que al presentar una menor proporción de iones H+, así como una

mayor proporción de grupos carboxílicos (forma aniónica) se favorecería a la quelación de los

metales. [5]

El estudio está orientado a la utilización de la biomasa residual de la piña para la

Biorremediación de aguas contaminados por metales pesados controlando vía desmetoxilación y

reticulación a los grupos funcionales y optimizando el proceso de adsorción por medio de los

parámetros de pH, tamaño de partícula, concentración del biosorbente y tiempo de contacto.

En Ecuador según la Secretaría Ejecutiva de Planificación Sectorial Agropecuaria el área

sembrada de piña es alrededor de 4400 hectáreas las cuales producen 3’056.445 toneladas métricas

anualmente [6]. De los cuales el 60% se exporta a los mercados de la Unión Europea y al Cono

Sur y el 40% se despachan en las principales ciudades de Ecuador. [7]

22

CAPÍTULO 1. EL PROBLEMA

1.1 Planteamiento del problema

A nivel mundial se ha investigado sobre la adsorción de metales pesados, tales como, el

plomo, cromo, níquel, cobre, cadmio y mercurio en aguas residuales que aprovechan las biomasas

de organismos vivos, residuos vegetales, residuos agrícolas-forestales, biopolímeros, carbones

activados, modificaciones químicas entre otros materiales. [8]

En referencia a los residuos vegetales usados como biosorbente, no existen en Ecuador

investigaciones que aprovechen las cáscaras de piña para la adsorción de metales pesados en aguas

contaminadas. Las variedades de piña que se producen en Ecuador son la perolera o milagrera,

cayena lisa o hawaiana, super dulce o golden sweet.

En la actualidad, las industrias procesadoras ecuatorianas no suelen darles un valor

agregado a los residuos de frutas generados a partir de mermeladas, pulpas congeladas, compotas,

yogurt, jugos y bebidas en general, por lo que generan contaminación.

Es así como este proyecto se enfoca en conocer la eficiencia de partículas (polvo) de

cáscara de piña, en la capacidad de adsorción de metales pesados contenidos en aguas residuales

sintéticas, referente al efecto de pH, tamaño de partícula, tiempo de contacto y concentración del

biosorbente.

23

1.2 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN

1.2.1 Justificación teórica

El valor agregado a desechos de Biomasas orgánicos de frutas y vegetales y su reutilización

en el desarrollo científico, tecnológico e investigativo.

Cárdenas Cintya, Flores Helen y Cruz Bulero Patricia, en sus estudios en la Universidad

Popular de Chontalpa determinaron que la cáscara de piña posee pectina la cual es un polímero

natural que contiene grupos metoxilo en su estructura capaz de adsorber metales. [10]

Estudios de Dionisio Ruiz Elena, en la Universidad de Granada, indican que los residuos

vegetales contienen en sus grupos funcionales grupos carboxílicos, fenólicos, cetonas, alcoholes y

aldehídos, entre otros, los cuales tienen como objetivo captar metales pesados reemplazando

hidrogenoides por iones metálicos en soluciones. [3]

Investigaciones de Tejada Calendaria, Villabona Ángel y Gárces Luz, en la Universidad

de Cartagena, indican que la calidad del biosorbente es directamente proporcional a la cantidad de

sorbato que logre retener. [8]

Según Castro Bismark y sus estudios en impactos ambientales, en la Universidad de

Guayaquil, indica que el pH es uno de los parámetros que más influye para el proceso de adsorción

esto significa que para la atracción de los cationes el pH es superior a 4 y 5 y en los aniones el pH

es inferior a 1, 5 y 4. También depende del tamaño de partícula, el tipo de metal en la interacción

con la superficie del sólido, el tiempo y la temperatura de secado [11].

24

1.2.2 Justificación metodológica

El desarrollo investigativo y experimental propone la realización de un biosorbente de

metales pesados por medio de la cáscara de la piña pulverizada, realizando la caracterización de

los grupos funcionales. Estas partículas se someterán a tratamientos vía desmetoxilación y

reticulación con CaCL2 y NaOH para mejorar la estabilidad mecánica de las biomasas y la

capacidad de adsorción con el fin que ocurra un intercambio iónico con los metales pesados

contenidos en el agua residual con concentración de agua cargada por partículas metálicas y estos

se queden retenidos por el adsorbente(partículas de cáscara de piña).[10]

1.2.3 Justificación práctica

El proyecto se llevará a cabo mediante el análisis de la espectrofotometría Uv-Vis de las

aguas residuales sintéticas de cobre y de hierro (metales pesados) a 50 ppm, para saber la cantidad

de metales pesados adsorbidos por las partículas de la cáscara de piña que contienen al final de la

metodología aplicada y a diferentes parámetros, por medio de la Ecuación de Langmuir se

expresará matemáticamente la cantidad de sustancia retenida por el adsorbente.

25

1.3 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

1.3.1 Objetivo general

Evaluar las partículas de cáscara de piña como biosorbente de metales pesados en aguas

residuales sintéticas.

1.3.2 Objetivos específicos

Obtener cáscaras de piña deshidratadas, molidas y tamizadas para la obtención de las

partículas.

Determinar mediante ensayos, los grupos funcionales de las partículas de cáscara de piña.

Aplicar tratamientos de desmetoxilación y reticulación en la Biomasa.

Caracterizar las partículas de la cáscara de piña a través de un análisis por

espectrofotometría infrarroja para la determinación de los ácidos carboxílicos..

Determinar los parámetros óptimos de pH, tiempo de contacto, tamaño de partícula y

concentración del biosorbente en la evaluación de la Bioadsorción de cobre y Hierro.

Evaluar la cantidad adsorbida de metales pesados, mediante análisis por espectrofotometría

UV.

Expresar mediante la ecuación de Langmuir la cantidad de metal pesado retenida por el

adsorbente.

26

1.4 DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

1.4.1 Delimitación temporal

La elaboración teórica y experimental de la investigación se llevó a cabo en un periodo

alrededor de 5 meses.

1.4.2 Delimitación espacial

El trabajo de investigación se realizó en el Laboratorio de Microbiología y en el Instituto

de Investigaciones Tecnológicas de la Facultad de Ingeniería Química en la Universidad de

Guayaquil, en donde se desarrolló la fase experimental de la evaluación de la cáscara de piña

(ananás comosus) deshidratada, como biosorbente de metales pesados en aguas residuales

sintéticas.

Fuente: [12]

Fuente: [12]

Figura 1: Ubicación de la Facultad de Ingeniería Química

Figura 2: Ubicación del Instituto de Investigaciones Tecnológicas

27

1.4.3 Delimitación del contenido

Se desarrolló este estudio en base a la Ingeniería de tratamiento de residuos, de aguas y

medio ambiente, en la evaluación de la cáscara de piña como biosorbente de metales pesados en

aguas residuales sintéticas por agitación magnética a través de un intercambio iónico. Se reforzará

con libros, tesis doctorales, publicaciones científicas, además de información de trabajos

realizados por estudiantes que se encuentran en la Biblioteca de la Facultad de Ingeniería química

de la Universidad de Guayaquil.

1.5 HIPOTESIS

Mediante la capacidad biosorbente de los compuestos orgánicos de la cáscara de piña

deshidratada, tratada y pulverizada, será posible la adsorción de los metales pesados cobre y hierro

presentes en aguas residuales preparadas en forma sintética.

1.5.1 Variable Independiente

Capacidad de adsorción de las partículas de cáscara de piña.

1.5.2 Variable Dependiente

pH, tamaño de partícula, tiempo de contacto y concentración del biosorbente

28

1.5.3 Operacionalización de las variables

Tabla 1: Operacionalización de las variables

Tipo de

Variable Variable Descripción

Unidades de

Medición

Independiente

Capacidad de

adsorción de las

partículas de

cáscara de piña

Es la cantidad de los metales pesados cobre y

hierro que puede retener en la pared celular la

partícula de cáscara de piña como biosorbente.

ppm

Dependiente

pH

Es una escala dirigida a la acidez o basicidad,

dada por el número de iones libre de

hidrogeno(H+) presentes en la solución.

-

Tamaño de

partícula

Se refiere a las partículas obtenidas de la cáscara

de piña deshidratada, pulverizada y tamizada a

diferentes tamaños de partícula en micras.

µm

Tiempo de

contacto

Son los metales pesados presentes en las aguas

residuales sintéticas que están en contacto con

las partículas de cáscara de piña.

min

Concentración

del biosorbente

Es el peso de las partículas de la cáscara de piña,

en diferentes medidas, contenido en el agua

residual sintética.

gr

Fuente: Elaborada en la presente investigación

29

CAPÍTULO II. MARCO DE REFERENCIA

2.1 Marco teórico

2.1.1 Antecedentes

2.1.1.1 Grupo funcional presente en los biosorbentes

Según varios estudios concluyen que el grupo funcional ácido carboxílico (compuesto por un

grupo carbonilo e hidroxilo) es el que se encuentra en mayor cantidad en algunos residuos

biosorbentes, por lo que vinculan la capacidad de adsorción con la presencia de este compuesto

orgánico en la pared superficial del biosorbente y por lo tanto relacionan la remoción del metal

pesado al mecanismo de reacción entre el grupo carboxílico y el ión metálico. [13][14][15]

2.1.1.2 Bioadsorción en discontinuo con residuos vegetales

Estudios realizados por la Universidad de Granada en España analizaron cinco sólidos

como biosorbentes tales como Hueso de aceituna , cáscara de piñón, corteza de pino, cáscara de

piña y cáscara de almendra en donde los resultados obtenidos para cada uno de los adsorbentes del

metal pesado indicaron que las partículas de cáscara de piña y corteza de pino en la Bioadsorción

evidenciaron una alta capacidad de retención de cobre con un porcentaje alrededor del 80%

retirado, y en el caso del hueso de aceituna es el que menor retención presentó con un valor

aproximado del 40%. [3]

30

2.1.1.3 Factores que afectan a la Bioadsorción

2.1.1.3.1 Efecto del Tamaño de partícula

Según varios estudios evidenciaron que al aumentar el tamaño de partícula ocurrirá una minoración

en el área superficial y en la cantidad de sitios activos, lo que significa que presentará una

disminución en el porcentaje de metal adsorbido. [16] [3]

2.1.1.3.2 Efecto del pH

EL Centro Nacional para la información Biotecnológica (NCBI) determinó que el pH al

modificarse puede llegar a alterar las características y la existencia de los iones metálicos en una

solución, también puede inestabilizar a los grupos funcionales que son aquellos que tiene la

capacidad de adsorción en su estructura molecular, en algunos estudios experimentales llegan a la

conclusión que el pH influye debido a que los iones H+ compiten con los iones del sorbato [3][17]

2.1.1.3.3 Efecto de la concentración del Biosorbente

El estudio de la Universidad de Guajira determinó que se considera la concentración del

biosorbente como parámetro en la Bioadsorción debido a que se busca la cantidad óptima requerida

para lograr la mayor eliminación de metal pesado, concluyeron que a dosis mayores de 0,1 g de

biomasa producen una minoración de la capacidad de retención y de sitios de contacto debido a

las interrelaciones electrostáticas entre las partículas del adsorbente.[18]

2.1.1.3.4 Efecto del tiempo de contacto

Según un estudio de la Universidad de Oriente en Santiago de Cuba determinaron que

varios autores coinciden en que la adsorción varios metales pesados tales como zinc, cobre, plomo,

entre otros a medida que aumenta el tiempo de contacto se incrementa la remoción de metal

eliminado, el valor promedio es aproximado de 60 min [18] [19]

31

2.1.2 Composición físico-química del adsorbato y biosorbente (adsorbente)

La composición tiene relación con el mecanismo de la misma, ya que un biosorbente alto

en porosidad presenta una mayor área superficial y más poros para la adsorción, como ejemplo se

toma al carbón activado ya que adsorbe micro contaminantes debido a su composición física, pero

si nos referimos a que el adsorbente es menos poroso pero posee grupos funcionales se determinan

como composición química por el intercambio iónico entre en adsorbente y el ión metálico [20]

2.1.3 Disponibilidad de los biosorbentes

Entre los adsorbentes más usuales se encuentran las biomasas microbiológicas, animal y vegetal

los cuales han sido estudiado en la eliminación de algunas sustancias inorgánicos y orgánicas. Lo

óptimo es encontrar biosorbentes que sean de bajos costos y eficientes dándoles así un valor

agregado y contribuyendo a la no contaminación medioambiental, es considerado biosorbente

cuando necesita poco procesamiento, se encuentra en gran cantidad en la naturaleza o si es un

residuo generado a nivel industrial. La similitud entre los biosorbentes es su composición y la

pared celular ya que no cambia considerablemente en la misma especie y son precisamente los

grupos funcionales aquellos encargados de la adsorción de los contaminantes tóxicos [21]

2.1.4 Componente orgánico de la cáscara de piña

El grupo funcional principal ácidos carboxílicos de la cáscara de piña que posee la

capacidad de adsorción han sido identificados mediante análisis por espectrofotometría infrarroja

(FT-IR) [22].

32

2.1.4.1 Pectina como biosorbente

La pectina se hayan generalmente en las cáscaras de frutas como la piña y cítricos, son una

combinación de polímeros ácidos y neutros mayormente ramificados, conforman el 30% del peso

de la pared celular principal de las células vegetales. La pectina define la porosidad de superficie

de adsorción y por consecuencia la presencia de las bases de las enzimas comprometidas en los

cambios de esta., así como también regulan el pH y la estabilidad iónica.[23]

2.1.4.2 Estructura de la Pectina

La pectina en su estructura molecular está conformada mayormente por ácidos galacturónicos

junto con enlaces con cadenas a los lados de D-galactosa y L-arabinosa los cuales sus grupos

carboxílicos pueden estar ciertas partes metoxilados o también en su totalidad por bases como el

hidróxido de sodio el cual ha sido usado en varios estudios[24].

Las pectinas se dividen en las de alto metoxilo con alrededor del 50% de grupos carboxilo

esterificados junto con un radical metil y los de bajo metoxilo menor al 50% de grupos

esterificados.[25].

Fuente: [25]

Figura 3:Fórmula química de la Pectina

33

2.1.4.3 Remoción de metales por la pectina de la Biomasa reticulada con Ca2+

Según un estudio de la Universidad Mayor de San Marcos ubicado en Perú demostró que la

pectina al ser reticulada con Ca2+ ocurre por el intercambio iónico entre los iones metálicos

contenido en la solución hasta que logran alcanzar el sistema de equilibrio. En donde el Ca2+ que

esta enlazado a las cadenas poligalacturónicas es removido por el metal pesado hasta que las fases

se equilibren, los grupos funcionales intercambiadores son los carboxilo, a continuación se detalla

el mecanismo de reacción de intercambio iónico del metal y el calcio [25].

Fuente: [25]

Fuente: [25]

Figura 4: Ejemplo de intercambio iónico entre el metal pesado (plomo) y el calcio

Figura 5: Mecanismo de reacción del intercambio iónico entre el (Ca2+) unido a las cadenas

poligalacturónicas y el metal pesado (Pb2+)

34

2.1.5 Proceso de Biosorción de metales pesados

Según un estudio de la Universidad Cayetano Heredia Calle ubicado en Perú determinaron que

la biosorción se refiere a la captación de iones metálicos a través de una Biomasa muerta(adsorbente) a

través del mecanismo de intercambio iónico, este proceso se lleva a cabo en una fase sólida (biosorbente)

y la fase líquida(solvente que contiene el metal a ser adsorbido), debido a sus elementos catiónicos son

atraídos hasta que llegan a una fase de equilibrio en donde el metal es atrapado por el biosorbente, la

calidad del biosorbente se da a la mayor cantidad que este pueda retener o atraer. [26]

2.1.6 Procedencia de las aguas residuales contaminados con metales pesados

Las aguas residuales con presencia de metales pesados como Cadmio, Zinc, Cobre, Plomo,

Mercurio, Hierro, Arsenio, entre otros, por lo general provienen de Industrias que contaminan a

gran escala entre esas se encuentran las baterías eléctricas, cementos y amiantos, chapados

metálicos, curtidos de pieles, eléctrica y electrónica, farmacéuticas. Fertilizantes, fotografía,

fundiciones, galvanizados, electro chapados, minería, motores de vehículos, papelera y similares,

pesticidas, pigmentos, tintes, tinta, pinturas, químicas, petroquímica, textiles, vitrocerámica. [3]

2.1.7 Sistemas de tratamientos para efluentes industriales

2.1.7.1 Sistemas Mono componentes

Se refiere a la adsorción de un solo ión metálico como adsorbato sin la presencia de otro como es

común en las aguas residuales. Este sistema radica en saber la capacidad de adsorción de un metal

pesado y poder ser objeto de comparación cuando se encuentre en cualquier prototipo de agua con

más de un metal [27]

35

2.1.7.2 Sistemas multi componentes

En este caso se encuentra más de un metal pesado en las aguas residuales como lo es a menudo,

por esto es esencial el estudio del comportamiento y efecto de la concentración de la concentración

de cada ión metálico, es por esto que en la biosorción en columnas se define como intercambio

iónico rivalizado donde varios iones se disputan los sitios activos del adsorbente [27] [28]

2.1.8 Propiedades de la disolución que contienen los metales pesados

Tipo de metal

Esto se refiere a las propiedades químicas y físicas que los iones metálicos poseen ya que

son los responsables del desempeño en la disolución, por lo tanto la capacidad de acumulación de

los adsorbente depende del tipo de metal que se estime [27]

pH y fuerza iónica

El pH de la fase acuosa interviene como parámetro principal ya que de este depende la

bioadsorción de los aniones como de los cationes, en donde los resultados son distintos para ambos.

Es decir que para los aniones el pH óptimo para la biosorción se encuentra en el rango de 1,5 a 4

y para los cationes son superiores a 4,5 [27]

Presencia de otros solutos en la solución

La remoción del metal pesado puede verse afectado por otros metales pesados que se

encuentren en la solución en lo que respecta el enlace de los sitios activos, por lo tanto el efecto

de la biosorción es proporcional a la concentración de los iones metálicos, medio acuoso a

Biorremediar y a la reacción del biosorbente en relación a los metales pesados [27]

36

2.1.9 Tecnología de Biosorción

Según el Departamento de Biotecnología y Bioingeniería del Instituto Politécnico Nacional de

México D.F los factores que se consideran para la eliminación de metales pesados por medio de

un biosorbente son:

Biomasa:

Fuente; activa o inactiva, cinética de reacción, inmovilización, especificidad de metales,

capacidad, regeneración.[29]

Efluente:

Metal, especies metálicas, temperatura, volumen, adición de nutrientes, ajuste de Ph, otros

contaminantes. [29]

Transporte:

Volumen requerido de biomasa, eliminación de lodos, distancia. [29]

Equipo de proceso:

Espacio disponible, operador semicapacitado o capacitado, lote continuo o discontinuo,

capital, manual o automático. [29]

Recuperación:

Fundición, recuperación del metal y pérdidas, Incineración, Costos del desorbente.[29]

2.1.10 Aplicación industrial de la Biosorción

La aplicación industrial de la biosorción convencionalmente está dirigida a sistemas

microbianos como hongos, levaduras y bacterias ya que estos tienen la capacidad de retener y

acumular metales pesados de una forma eficaz. El proceso de biosorción se lo denomina así a

cualquier mecanismo fisicoquímico o fisiológico debido a que hay vinculación entre las paredes

celulares, pigmentos, polisacáridos extracelulares, grupos carboxílicos y sulfidrilo que crean

complejos con los iones metálicos. [25]

37

2.1.11 Interés industrial en la aplicación de la Bioadsorción

Es de interés industrial debido a que durante los procesos principalmente de aquellos dedicados a

la minería y metalurgia, se crean contaminación en las aguas residuales y mediante la Bioadsorción

se logran remover eficientemente los metales tóxicos además de que se tratan a los desechos

agrícolas dándoles un valor agregado, cabe mencionar que estos biosorbentes son de bajo costo

[25]. En la actualidad se han explorado y desarrollando técnicas para la Biorremediación y

tratamiento de estos efluentes favoreciendo a la remoción de estos contaminantes [25]

2.1.12 Interés medioambiental en la aplicación de la Bioadsorción

Las sustancias tóxicas causan efectos negativos en el medio ambiente debido a que

contaminan a la flora y fauna ya que persisten indefinidamente, entre las consecuencias en las

plantas se encuentran la necrosis en las puntas de estas, la inhibición del desarrollo de las raíces y

hasta la muerte. En los seres humanos son muy tóxicos y los daños son severos al alojarse en el

organismo en altas concentraciones los síntomas y enfermedades van desde hipertensión, úlceras,

alteración neurológicas y genéticas, erupciones cutáneas, perjuicio en el hígado y riñones, cáncer

e incluso hasta la muerte. [8]

38

2.2 Marco Conceptual

2.2.1 Piña (ananás comosus)

Conforme al Ministerio de Cultura y Patrimonio, el nombre científico de la piña es Ananás

(género) comosus (especie) o Bromeliaceae, existen parientes silvestres de esta planta, sin

embargo se desconoce hasta el momento la procedencia exacta de este fruto, pero de acuerdo con

varias investigaciones se ha determinado que probablemente proviene de la Amazonía Norte [30].

La planta de la piña tiene flores de tono morado, sus hojas poseen espinas y son rígidas, su fruto

tiene carnosidad y su sabor cambia dependiendo a su madurez [30]. Se produce en la región costera

de Ecuador de forma gradual durante el año, su cultivo oscila de 14 a 18 meses, entre Junio y Julio

es el de la cosecha.

Fuente: [30]

2.2.2 Propiedades de la piña

La piña milagrera en cuanto a sus propiedades posee vitaminas como A,B,C, es rica en

antioxidantes que contrarrestan los radicales libres, presenta un aproximado del 85% de agua y

una pequeña cantidad de calorías, en cuanto a los minerales se encuentran el manganeso, yodo,

zinc, hierro, magnesio[31]. Además se considera una fruta energética debido a su gran cantidad de

azúcar. [30]

Figura 6: Fruta piña (ananás comosus)

39

Las variedades de piña que se encuentran en Ecuador son:

Golden sweet o MD2: Es muy dulce y es muy solicitada a nivel internacional.[30]

Perolera o milagrera: Es la variedad más cultivada en el Ecuador.[30]

Cayena Lisa o hawaiana: La pulpa es de color amarillo, ojos superficiales, tiene forma cilíndrica,

su tamaño es más pequeño en comparación a las demás.[30]

2.2.3 Cultivo de piña (Ananás comosus L) en Ecuador.

Ecuador es un país que cuenta con las características apropiadas en cuanto a su clima,

geografía, suelo, altitud para el cultivo de la piña (Ananás comosus L), entre las provincias que se

destacan están Guayas, Esmeraldas, Los Ríos, Manabí, Santo Domingo de los Tsáchilas, El Oro,

según estudios del instituto Nacional de meteorología e hidrología.[32]

Según el Censo Agropecuario en el 2012, se producían las variedades de piña Golden Sweet o

MD2, Hawaiana o cayena Lisa en una superficie aproximada de 6.860 hectáreas [32]. Dentro del

desarrollo del cultivo de la piña el clima es el que más influye por lo que los factores que

intervienen en el clima se encuentran:

- Temperatura:

Este factor es el primordial para el desarrollo de todas las partes de la planta y la temperatura

media anual adecuada se encuentra en un rango de 24°C - 27 °C.[32]

- Viento:

El viento es desfavorable para la planta por tiempos prolongados por lo que podría causar el

rompimiento de las hojas y esto podría desencadenar en contaminación por hongos o desecación

por una elevada transpiración.[32]

40

- Precipitación:

El exceso de agua puede llegar a producir una menor cantidad de azúcar y una mayor acidez,

por lo que debe equilibrase el agua en la siembra, cabe recalcar que puede tolerar un poco de

sequía.[32]. Sus hojas acanaladas le facilitan la recolección de agua de una forma eficiente que

luego son trasladadas a su sistema radicular, la precipitación oscila entre 1.300 a 2.000 mm

divididos en el año. [32]

- Luminosidad:

Una alta luminosidad le favorece al cultivo en la fotosíntesis ya que produce frutas más atractivas

y de mejor calidad. [32]

2.2.4 Cáscara de piña como residuo

Según la Universidad de Cartagena en Colombia la cáscara de piña a nivel local se desecha en

restaurantes, hoteles y despulpadoras de frutas [33]. Pero a nivel industrial se generan a gran escala

provienen de procesadoras de mermeladas, pulpas congeladas, compotas, yogurt, jugos y bebidas

en general, creando mayor contaminación en suelos y en aguas. La composición de la piña está

dada por el corazón (6%) Corona (20%), Pulpa (33%) y cáscara (41%).[33]

2.2.4.1 Tamizaje fitoquímico de compuestos fenólicos

El método de tamizaje fitoquímico de compuestos fenólicos evoca la existencia de taninos que

son compuestos polifenólicos que se encuentran como metabolitos secundarios en varias especies

vegetales. Los taninos dependiendo su estructura química se separan en dos grupos: hidrolizables

y condensados. Los taninos hidrolizables son ésteres de ácido gálico y ácido elágico glicosilados

y los taninos condensados son polímeros de flavan-3-ol y/o flavan-3,4-diol. Los taninos de acuerdo

a su estructura química muestran distintos efectos farmacológicos, tales como antioxidante y

antimicrobiano[34]

41

2.2.5 Tratamientos convencionales para la remoción de metales pesados en aguas

residuales.

Filtración por Membrana:

Esta tecnología presenta altas eficiencias, requiere poco espacio, no es selectiva y es de fácil

operación, pero genera una gran cantidad de lodos que presentan iones metálicos. Se emplea en

procesos para el tratamiento de agua potable, aguas residuales provenientes de las industrias y en

menor cantidad en aguas residuales domésticas. La separación por membrana se emplea

generalmente para la Biorremediación y recuperación de las sales metálicas de residuos generados

en procesos galvanoplásticos, en aceites reciclados, en los procesos de alimentos y bebidas así

como también la de hidrocarburos [35].

Electrodiálisis:

Esta técnica se emplea para retirar iones metálicos de soluciones acuosas a través de

membranas permeables selectas en un capo eléctrico repetitivo. La electrodiálisis tiene la

capacidad de retener iones con carga de un aproximado de 0,0001 µm, por medio de hojas porosas

de resinas de intercambio iónico con una menor permeabilidad para el agua.[35]

Osmosis Inversa:

La ósmosis inversa se basa en un fenómeno de la naturaleza que se da debido a una

membrana semipermeable, el agua va transcurre desde la solución de baja salinidad hasta la de

alta concentración. Un ejemplo de este fenómeno en procedimientos de forma natural como el

agua al introducirse en la membrana celular de los seres vivos.[36]

Nanofiltración:

Esta técnica consiste en la eliminación de iones polivalentes en procesos de ablandamiento y

en separación de materia orgánica, los iones monovalente son expulsados frágilmente por la

42

membrana debido a que la Nanofiltración da lugar a una contrapresión a nivel osmótico en baja

proporción comparada con la Osmosis inversa.[37]

Fuente: [37]

Ultrafiltración:

Consiste en la operación de clarificar y desinfectar por membrana, estas membranas usadas

contienen poros y niegan solo a las macromoléculas, también a bacterias, virus y cualquier tipo de

partículas esto porque los solutos que son de bajo peso molecular no los retiene.[37]

Fuente: [37]

Intercambio iónico:

En el intercambio iónico la separación de metales se da en la propiedad de algunas sustancias

de intercambiar de manera reversible grupos catiónicos, como por ejemplo Na+ y H+, con los

metales del medio acuoso. Los metales quedan atrapados en la resina y los cationes se liberan a la

solución. [23]

Fuente: [23]

Figura 7: Operaciones de membrana mediante Nanofiltración

Figura 8: Operaciones de membrana mediante Ultrafiltración

Figura 9: Reacción de intercambio iónico

43

Los iones Ca2+ y Mg2+ pertenecen a la dureza del agua, también se cambian en la resina, esto

causa que se requiera más masa de la resina y que la esta se debilite sus propiedades extractores

con mayor rapidez. Para regeneran a la resina se elabora una disolución de sodio concentrada, los

metales se recuperan con una alta concentración en comparación con los del inicio. [23]

Fuente: [23]

Adsorción (Convencional):

La adsorción es aquella que presenta una remoción o acumulación de contaminantes,

cinética veloz dependiendo del biosorbente que se use por la estructura de este, mayor capacidad.

Entre loa adsorbentes se encuentran carbones activados, biopolímeros, Zeolitas, desechos

lignocelulósicos, plantas, residuos agrícolas este mayormente es un proceso de modificación

química.[35].

- Carbón activado:

Este adsorbente ha demostrado ser eficiente para eliminar una gran variedad de contaminantes

orgánicos e inorgánicos que se encuentran en el ambiente. Se destaca por sus poros de las paredes

superficiales que van de 500 a 15000 m2/g y por su espacio de superficies funcionales.[35].

- Nanotubos de carbono:

Este es un nuevo tipo de adsorbente usado por su excelente capacidad para la remoción de

contaminantes radio nucleicos, orgánicos e inorgánicos contenidos en grandes cantidades de aguas

residuales.[35].

Figura 10: Intercambio en la resina

44

Precipitación química:

La precipitación química es el tratamiento de aguas contaminadas que trata de la adición

de químicos para lograr inestabilizar el estado físico de los sólidos que están suspendidos y

disueltos para poder retirar los contaminantes por sedimentación [38]

Electrocoagulación:

La electrocoagulación se determinar por separar las fases para eliminar los contaminantes

de las aguas, no utilizan coagulantes químicos pero si corriente eléctrica para de esta manera poder

disolver el ánodo, y que se separen los metales hacia el agua a tratar, formando hidróxidos que

atraen los contaminantes por electricidad [39]

Coagulación- Floculación:

El método de coagulación desestabiliza al coloide y lo acumula, en la primera etapa se

remueve el duplo de capa eléctrica que define también a la floculación en donde se acumulan los

coloides por fuerza de atracción de las partículas con la aglomeración de los floculantes [35].

Flotación:

Este proceso es muy común en la Biorremediación de aguas residuales para la remoción

de iones metálicos de la solución. Los principales procesos de flotación son por aire disuelto,

coloidal, iones y precipitación [40]

Fotocatálisis en la degradación de metales:

La fotocatálisis en la degradación de metales trata de la transferencia de carga por medio del

semiconductor y el agua contaminada, en la conductividad influye el parámetro como la

temperatura ya que es proporcional a esta, generando un par de electrón hueco, en donde se

adsorben y distribuyen los fotones, degradando o debilitando moléculas de metales pesados y

orgánicas colorantes[35].

45

2.2.6 Tratamientos no convencionales en la remoción de metales pesados.

Adsorbentes de bajo costo y Nuevos adsorbentes:

Esta forma de remoción de contaminantes tiene como finalidad ser una alternativa en el que el

proceso sea eficiente y de bajo costo. Este proceso implica la transferencia de masa en donde la

sustancia viaja desde la fase acuosa hacia la pared superficial del sólido. La sorción determina el

proceso de adsorción y precipitación.[35].

Adsorción de metales pesados por materiales naturales e industriales:

En la adsorción por materiales naturales se encuentra con frecuencia al carbón activado pero es un

material costoso por lo que no beneficia al proceso, es por esto que se ha buscado el

aprovechamiento de biomasas(residuos) provenientes de Industrias, de la agricultura, entre otros,

Para esto se ha estudiado, explorado y experimentado con métodos seguros la viabilidad de estas

biomasas en la adsorción de contaminantes [35].

Fitorremediación:

Esta metodología está incluida en la biorremediación la cual usa especies de vegetales que

poseen la capacidad de absorber, acumular y soportar elevadas concentraciones de contaminantes

logrando eliminar los contaminantes, esta técnica es muy económica, simple y limpia ya que no

causa efectos negativos en el suelo, tampoco usa químicos.[41]

Biopolímeros:

En la industria son muy bien vistos ya que poseen la capacidad de minorizar las

concentraciones de metales pesados a concentraciones de partes por billón, se encuentran con

facilidad y son confiables y amigables con el medio ambiente [35]

46

Hidrogeles:

Los hidrogeles son polímeros hidrófilos reticulados con la disposición de incrementar sus

volúmenes por su alta expansión en el medio acuoso, es por esto que son comúnmente usados e la

purificación de las aguas residuales [35]

Ceniza Volante:

Estas cenizas son reutilizadas por su capacidad de adsorción, por ser de fácil y bajo costo de

obtención para remoción de gases de combustión, iones metálicos y compuestos orgánicos, son

producidas en la combustión de carbón para crear energía, es considerado como subproducto

industrial que contamina al medio ambiente ya que es tóxico los elementos condensaos del gas de

la combustión [35]

2.2.7 Biosorción

La Biosorción es aquella en donde los compuestos químicos solubles se encuentran inmersos

en ambientes acuosos se contactan con los materiales biológicos de dos formas, se unen a la pared

celular y pueden retenerse en el interior de la célula como bioacumulación. [42]

Tanto la biosorción como la bioacumulación se dan en la naturaleza, las personas pueden

entenderlos y aplicarlos en las Industrias controlando parámetros [42]

47

Fuente: [25]

2.2.8 Fundamento físico-químico de la adsorción, Absorción y Biosorción

La adsorción es aquella en donde participa la atracción de las moléculas de la superficie del

sólido y las del fluido en un medio sólido-líquido, por otro lado, la absorción se da al penetrarse

físicamente de un lado a otro, sin embargo, cuando ambos fenómenos se combinan ocurre la

biosorción. [43]

Fuente: [43]

Figura 11: Biosorción de soluciones acuosas por Biomasas

Figura 12: Diferencias entre, adsorción, Absorción y Biosorción

48

2.2.9 Fundamentos fisicoquímicos de la biosorción.

El intercambio iónico es el mecanismo de mayor importancia debido a la captación o retención

del ión metálico por la biomasa proveniente de diversos residuos y las uniones de metales por

medio biopolímeros, extraídos de fuentes de células de organismos vivos. [28]

En este proceso es vital cuantificar la capacidad de dicha biomasa para acumular o retener iones

metálicos de una solución acuosa, lo que compromete el estudio del estado de equilibrio, luego de

la reacción. El modelo a aplicarse debe predecir la capacidad para enlazarse del metal [28]

2.2.10 Metodologías de biosorción de metales pesados

Hay varios métodos que se pueden aplicar por diferentes biomasas, entre los más usados se

encuentran:

- Biosorción en proceso Batch:

Este proceso en discontinuo se emplea para determinar el comportamiento de las variables, así

como el tratamiento previo por medio de soluciones químicas, en donde se produce por agitación

magnética durante un tiempo determinado, posteriormente se filtra y se mide el pH. [44]

- Biosorción en columna de flujo continuo:

La Biosorción de flujo continuo que más se usa es el de lecho fijo esto consiste en que las

partículas del biosorbente dan espacio al fluido sin despegarse entre ellas, la saturación es dirigida

por factores como el tamaño, espacio y tiempo de la columna, este es uno de los métodos más

efectivos. [44]

49

2.2.11 Parámetros que intervienen en la Biosorción de metales pesados:

Según estudios de la Universidad técnica de Machala existen varios parámetros que intervienen

en la biosorción de metales pesados, los cuales se describirán a continuación:

Influencia de la fuera iónica

El medio en que se encuentra la solución acuosa que contiene los iones metálicos es importante

porque la presencia de otras sustancias orgánicas e inorgánicas pueden llegar a afectar en la

separación del metal. El aumento de la fuerza iónica hace disminuir la biosorción por el

incremento de la carga electrostática.[3]

Influencia del pH

El valor del pH de la fase acuosa es el factor más importante tanto en la biosorción de cationes

como de aniones, siendo el efecto distinto en ambos casos, Así mientras que la biosorción de

cationes suele estar favorecida por valores de pH superiores a 4,5, la adsorción de aniones prefiere

un valor bajo del pH, entre 1,5 y 4.[3]

Influencia de la Temperatura

La temperatura es uno de los factores que más intervienen en los procesos de adsorción. El

efecto de le temperatura presenta diferentes comportamientos dependiendo del biosorbente y el

metal a estudiar.[3]

Influencia del tiempo de contacto

El tiempo de contacto determina el instante a partir del cual se satura el biosorbente, por lo que

no aumenta la cantidad de metal eliminado. La determinación del tiempo de contacto requerido

para alcanzar el equilibrio, previo a la evaluación de la cinética de biosorción de iones metálicos,

además también aporta a la naturaleza del proceso.[3]

50

2.2.12 Biomasas como biosorbente para la eliminación de metales pesados.

Las biomasas empleadas en la adsorción de metales pesados son vivas e inertes, a

continuación, se detallarán:

Cuadro 1: Biomasas vivas y muertas como biosorbentes

Adsorbentes para eliminación de

metales pesados

Biosorbentes

Organismos Vivos Penicillium.

Aspergillus Rizopus.

Paecilomyces.

Biomasas Cáscara de tamarindo.

Cáscara de naranja.

Cáscara y semilla de manzana.

Cebada (Hordecum vulgare).

Biopolímeros B Bentonita – Quitosano.

Quitosano Epiclorhidrinatrifosfato.

Carbones activados Carbón activado a partir de Escherichia coli

y carbón activado a partir de

Arthrobacter viscous.

Carbón activado a partir de cáscara de

naranja.

Carbón activado a partir de cáscara de

coco.

Modificación Químicas Biomasa reticulada con glutaraldehído.

Biomasa reticulada con cloruro de calcio.

Biomasa modificada con ácido cítrico.

Otros materiales Arena.

Zeolita.

Cenizas volantes.

Fuente: [8]

51

2.2.13 Ventajas y desventajas de las biomasas como biosorbentes de metales pesados.

Para la adsorción de metales pesados es importante los biosorbentes que se van a estudiar, entre

los parámetros que se consideran se encuentran la reutilización de la biomasa, la recuperación de

los metales pesados, el uso de sustancias químicas, el coste de operación y la facilidad de

adquisición de la biomasa.

BIOMASA INERTE

Ventajas:

- No requiere de nutrientes.[8]

- Procesos no gobernados por limitaciones metabólicas. [8]

- La selección de la técnica de inmovilización no está gobernada por limitaciones de toxicidad.

[8]

- Los metales pueden ser liberados fácilmente y recuperados. [8]

- Procesos rápidos y eficientes en la retirada de metales, la biomasa tiene la función de

intercambiar iones. [8]

Desventajas:

- Se requieren nutrientes para el desarrollo. [8]

- Es fundamenatal alimentar los flujos en condiciones fisiológicas permisibles.

- Sólo se pueden tratar iones metálicos a pequeñas concentraciones. [8]

- Pueden crear complejos con los iones metálicos, sin precipitarse. [8]

- La recuperación de los metales es restringida, por lo que llegan a formar uniones intracelulares.

[8]

- El modelado de un sistema no definido provoca grandes problemas matemáticos. [8]

52

BIOMASA VIVA

Ventajas:

- Las células pueden llegar a saturarse, el sistema se auto establece debido al crecimiento

- Los metales se depositan en un estado químico alterado. [8]

- Forma económica de lograr cambios en estado de valencia o degradar compuestos

organometálicos. [8]

- Se pueden mejorar las cepas a través de la manipulación genética, debido a que esta es una

propiedad microbiana más que un producto bajo explotación. [8]

- Se pueden usar dos o más organismos de manera sinérgica. [8]

Desventajas:

- Se necesitan nutrientes para el crecimiento. [8]

- Es necesario alimentar los flujos bajo condiciones fisiológicamente permisibles.

- Sólo se pueden tratar los metales a bajas concentraciones. [8]

- Los productos metabólicos pueden llegar a formar complejos con los iones metálicos,

impidiendo la precipitación. [8]

- La recuperación de los metales por desorción es limitada, debido a que pueden formar uniones

intracelulares. [8]

- El modelado de un sistema que no está claro representa grandes dificultades matemáticas. [8]

- La deposición de los productos metabólicos y los nutrientes no consumidos.[8]

53

2.2.14 Metales pesados

Los metales pesados se refieren a elementos químicos metálicos que poseen densidad elevada;

y presente propiedades tóxicas o dañinas en pocas concentraciones. Entre los metales pesados se

encuentran el mercurio (Hg), cadmio (Cd), arsénico (As), cromo (Cr), talio (Tl), y plomo (Pb)

están ubicados en la corteza terrestre. No se pueden destruir. En tamaños menores a 50 ppm se

encuentran en los seres vivos por medio del consumo de agua o respirando aire contaminado.

Muchos metales como el selenio, cinc, entre otros son de suma importancia para mantener el

metabolismo de los seres humanos. Sin embargo, en elevadas concentraciones pueden provocar

envenenamiento, desencadenar enfermedades y hasta muerte. [11]

2.2.15 Aplicaciones de los metales pesados

La utilidad se debe a las propiedades químicas, mecánicas, eléctricas y físicas, algunos son

usados en materiales como equipos eléctricos, construcción, maquinarias de procesos industriales,

en aleaciones, tuberías, utensilios de cocina, joyería, muebles, pinturas, medios de transporte, entre

otros, estos iones metálicos durante el proceso de fabricación desencadenan como aguas residuales

contaminadas. [2]

2.2.16 Cobre

El cobre pertenece al Número atómico 29, es un no ferroso. Se encuentra en forma de

sulfuros minerales como la calcocita, enargita, covelita, calcopirita, entre otros. Además, el sulfato

de cobre es uno de los principales compuestos empleados como pesticidas, las sales de cobre tienen

la capacidad de ser alguicidas y fungicidas. La ingesta de altas concentraciones puede

desencadenar en el termino de la función del hígado y hasta la muerte. La exposición elevada de

alimentos almacenados en recipientes de cobre genera lesión hepáticas en niños [2]

54

2.2.17 Hierro

El hierro es el elemento químico, símbolo Fe, número atómico 26. Es el cuarto elemento más abundante

en la corteza terrestre (5%). Es un metal maleable, de coloración plateado y magnético [45] La presencia

del hierro en agua produce precipitación y con una tonalidad no pretendida. La aplicación del hierro se

encuentra en aceros, hierro fundido y forjado también en la fabricación de imanes, tintes, pigmentos

pulidores) y abrasivos. [45].

Entre los efectos negativos de este metal se encuentran la conjuntivitis, retinitis si contacta con

los tejidos y se mantiene. Si se inhala gran cantidad de vapores o polvos de óxido de hierro puede

provocar una sideriosis, cáncer de pulmón en trabajadores expuestos a diario a este metal. [45]

2.2.18 Legislación sobre metales pesados

En el Ecuador la ley ambiental regula el recurso agua está determinado en la normativa

ecuatoriana TULSMA, del Libro VI del texto Unificado de Legislación Secundaria del Ministerio

del Ambiente.

Para el caso de los metales pesados cobre y hierro los “CRITERIOS DE CALIDAD DE

AGUAS PARA LA PRESERVACIÓN DE LA VIDA ACUÁTICA Y SILVESTRE EN AGUAS

DULCES FRÍAS O CÁLIDAS, Y EN AGUAS MARINAS Y DE ESTUARIOS.” Son los

mencionados a continuación:

Cuadro 2: Límites de descarga para la preservación de la vida acuática y silvestre en aguas, dulces,

marinas y estuarios

Fuente: [46]

Parámetros Unidad Límite máximo permisible

Cobre mg/l 0,005

Hierro mg/l 0,3

55

2.2.19 Espectrofotometría Infrarroja (FT-IR)

El espectrofotómetro infrarrojo se lo aplica en la caracterización de compuestos orgánicos

o grupos funcionales presentes en una sustancia.

La región del infrarrojo del espectro la frecuencia se encuentra desde 8 x 10-5 cm a 8 x 10-

2 cm. Los fotones que transporta la radiación infrarroja producen vibraciones de los enlaces

covalentes de las partículas orgánicas. La energía requerida para provocar una transformación

vibracional tiene similitud con el tipo de átomos y del tipo de enlace que los enlaza. [47]

2.2.20 Caracterización de los metales pesados adsorbidos por las partículas de la cáscara de

piña mediante espectrofotometría Uv-Vis.

La espectrofotometría Uv-Vis es una técnica usada en el análisis químico. Para que una

sustancia sea activa en el visible debe poseer color esto porque que absorbe ciertas frecuencias

o longitudes de onda y transmite otras también [48].

Cada elemento posee un perfil espectral que se lo otorgan sus niveles de energía

característicos. Es por esto que esta técnica es usada para el análisis cualitativo y para la

caracterizar los elementos. La relación existente entre la señal producida y la concentración de

una sustancia en una muestra permite el análisis cuantitativo.[49]

Para medir los valores de , concentración, absorbancia y transmitancia de una disolución

se utiliza el espectrofotómetro UV-Vis, que se componen de cinco elementos principales: [50]

56

Fuente: [50]

2.2.20.1 Rango de longitudes de onda según el color observado de la muestra y absorbido

por medio del espectrofotómetro Uv-vis.

La coloración de la solución se da por las propiedades del material absorbente, esto se

puede dar de forma natural o incitada. La coloración natural se da debido al origen de

cuantificación de una especie, a continuación se describen las longitudes de ondas, el color

absorbido y transmitido por medio del espectro Uv-Vis [48]

Fuente: [48]

Figura 13: Componentes del espectrofotómetro Uv-Vis

Cuadro 3: Regiones del espectro ultravioleta Uv-Vis y sus zonas comprendidas

57

2.2.20.2 Ley de Lambert-Beer

La ley de Lambert Beer se basa en la relación entre la concentración de una solución patrón

con respecto a la absorbancia de la muestra a una determinada longitud de onda aplicada en el

análisis por espectrofotometría Uv-vis [51]

Fuente: [52]

Donde:

𝐼0: Intensidad inicial de la luz que se emite [52]

𝐼1: Intensidad de luz receptada por un detector de luz [52]

C: Concentración de sustancias generales en la solución[52]

A: Absorbancia de la luz por parte de las partículas de la solución muestra[52]

L: Longitud que la luz transcurre en el centro, comúnmente en cubetas de cuarzo [52]

Figura 14: Fundamento utilizado en la espectrofotometría por la Ley de Lambert-Beer

58

2.2.21 Mecanismo de intercambio iónico en la isoterma de Langmuir en la adsorción de

metales pesados

El concepto de intercambio iónico se encuentra inmerso en la expresión de la ecuación de

Langmuir. La constante de intercambio iónico para la unión de un ion metálico, es en donde se

sustituye al ión Hidrógeno en el sitio de combinación, el mecanismo de Langmuir se plantea de la

siguiente forma: [28]

B− + M+ BM

BMK* = [BM]/[B−][M+] y [B]t = [B−] + [BM]

Considerando el intercambio iónico:

BH + M+ BM + H+

BMK = [BM][H+]/[BH][M+]

y [B]t = [BH] + [BM]

Por lo tanto:

BMK* = BMK/[H+]

Donde:

B: Biomasa

M+: Ión metálico

H+: Ión Hidrógeno

K: Mayor capacidad de enlace

El modelo de intercambio iónico está basado en la suposición en el que los lugares a los que el

metal puede enlazarse se sitúan inicialmente ocupados, esto se dirige más hacía el mecanismo de

biosorción que el de la isoterma de Langmuir. [28]

59

CAPITUIO III. METODOLOGÍA

3.1 Tipo de investigación

Esta investigación se llevó a cabo con un carácter exploratorio, experimental y cualitativo en la

utilización de biomasas orgánicas en los tratamientos de aguas residuales contaminadas por

metales pesados.

3.2 Metodología de la investigación

La fase experimental se llevó a cabo en el laboratorio de microbiología y en el Instituto de

Investigaciones Tecnológicas en la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad de

Guayaquil, se plantearon parámetros que influyen en la adsorción de metales pesados usando las

partículas de la cáscara de piña los cuales son, tiempo de contacto, pH, concentración del

biosorbente, tamaño de partícula, se realizaron 4 diferentes criterios por cada parámetro para poder

determinar a través de los resultados leídos en el espectrofotómetro UV visible, cual es el

parámetro óptimo para adsorber la mayor cantidad de cobre y Hierro contenido en el agua residual

sintética.

La metodología aplicada fue exploratoria, experimental, cuantitativa y cualitativa en la utilización

de biomasas orgánicas en los tratamientos de aguas residuales contaminadas por metales pesados.

60

3.3 Materiales y equipos

Tabla 2: Materiales y equipos

Nombres Descripción Cantidad

MATERIALES

Cáscara de piña (ananás

comosus) (2905 g) --

Agua destilada 4 gal --

Universal test paper Tirillas 100

Papel filtro Pliegos 3

REACTIVOS

Solución de Ácido clorhídrico

(HCL) 10 ml al 1% --

Solución de Hidróxido de sodio

(NaOH) 10 ml al 0,01 N --

Etanol 500 ml al 98% --

Ácido clorhídrico 5ml al 37% --

Ácido acético 100 ml al 99,99% --

Solución Bicarbonato de sodio 10 ml al 10% --

Tricloruro férrico en solución

salina fisiológica 2 ml al 5% --

fenolftaleína 2 ml --

Solución Hidróxido de sodio 15 ml 0,1 M

Sulfato de cobre (CuSO4) 0,10 g 98% --

Cloruro de Hierro (FeCl3) 0,10 g 99,99% --

Solución Hidróxido de sodio

(NaOH) 2000ml al 0,2 M --

Solución de Cloruro de calcio 2000 ml al 0,2 M --

EQUIPOS

Agitador magnético MLW 1

Estufa MLW 1

Centrífuga Hettich universal

II 1

Molino de bolas (porcelana) -- 1

61

Elaborado por: En la presente investigación

3.4 Diseño de la investigación

3.4.1 Origen de los reactivos

Se utilizaron cáscaras de piñas obtenidos de procesos agrícolas, para el proceso de

adsorción se utilizó un agitador magnético maraca MLW y para las lecturas de la

concentración final de cobre y hierro se usó el equipo espectrofotómetro Uv-vis marca

Genesis 10 UV Scanning.

3.4.2 Obtención y tratamiento de la Biomasa

3.4.3 Acondicionamiento de la Biomasa

La biomasa (cascara de piña), se cortaron en pedazos pequeños para facilitar su

manipulación, estas se lavaron con abundante agua destilada para reducir la mayor cantidad de

impurezas, se pesaron y se colocaron en la estufa a una temperatura de 60°C por un tiempo de 48

horas y se midió el peso final. Se procedió a reducir su tamaño en el molino de bolas de porcelana

y se tamizaron en cuatro tamaños de partículas 100; 125; 160 y 200 micras. [53]

Vibrador de Tamices MLW 1

Balanza analítica Sartorius 1

Espectrofotómetro UV

Genesis 10 UV

Scanning

(Thermo electron

corporation)

1

62

3.5 Análisis químico del grupo funcional.

3.5.1 Ensayo para ácidos carboxílicos

Existen varias pruebas para determinar los grupos funcionales, pero en específico para las

partículas de la cáscara de piña debido a que las frutas contienen pectina en su estructura molecular

y estos contienen grupos funcionales de ácidos carboxílicos según estudios realizados, para lo cual

se corroboró mediante el ensayo de litmus y del bicarbonato.

Para el ensayo de litmus se usa el papel indicador universal en una solución acuosa de las

partículas de las cáscaras de piña, esto evidenciará si el compuesto es una base, un ácido o neutro.

En el ensayo del bicarbonato para distinguir entre ácidos verdaderos (ácidos carboxílicos)

y ácidos débiles (enoles, fenoles y nitroalcanos) se lo lleva a cabo con una solución de bicarbonato

de sodio al 10% añadiendo una cantidad de este sobre las partículas de la cáscara de piña, se sabrá

que es un ácido verdadero si reacciona desprendiendo burbujas de CO2. [54]

3.5.2 Ensayo de la determinación de acidez titulable (Norma INEN)

Para la determinación de la acidez titulable en frutas y vegetales se lleva a cabo con 10

ml de solución al 5% del compuesto a estudio en este caso el de las partículas de la cáscara de

piña, se colocan 3 gotas de fenolftaleína como indicador, y se procede a introducir en una bureta

una solución volumétrica patrón de hidróxido de sodio (NaOH) 0,1 mol/L, se abre la válvula y se

deja caer a velocidad lenta hasta que este cambie a color rosa, se anota el volumen de solución

gastado y se proceden a realizar los cálculos. [55]

63

3.5.3 Ensayo de presencia de pectina

Debido a que las partículas de cáscara de piña contienen pectina la cual su estructura

molecular contiene un grupo funcional que tiene la capacidad de adsorción, se procedió a realizar

un ensayo en donde se demuestre la presencia de la misma. Se preparó una solución alcohol

acidificado para ambas pruebas con 250 ml de alcohol etílico en 2,5ml de ácido clorhídrico. [56]

Para la primera prueba se realizaron dos soluciones de las partículas de la cáscara de piña

en agua destilada al 5% , 10% y se colocaron 4 ml en los tubos de ensayo por separado, a esto se

le añadió 8 ml de la solución alcohol acidificado, se mezcló lentamente y se visualizó a los 20

min.[56]

En la segunda prueba se usó dos soluciones de partículas de cáscaras de piña con alcohol

etílico al 5% y 10 % y se realizó el mismo procedimiento anterior. La presencia de pectina se la

determinó si la muestra presentaba formación de flóculos.[56]

3.5.4 Ensayo de tamizaje fitoquímico de compuestos fenólicos

Adicional al grupo funcional principal que tiene la capacidad de adsorción del metal pesado

el cual son los ácidos carboxílicos, se realizó la prueba de los compuestos fenólicos para definir si

este se encuentra en las partículas de la cáscara de piña y que a tipo de tanino pertenece, el ensayo

consiste en adicionar 3 gotas de la solución tricloruro férrico al 5% en solución salina fisiológica

(cloruro de sodio en agua al 0,9%), se deja reposar y se procede a observar la coloración para

distinguir a que compuesto fenólico pertenece. [57] La aparición de un precipitado rojo, azul-

violeta o verde es considerado positivo.[58]

64

3.5.5 Desmetoxilación de la Biomasa

La pectina contiene en su estructura molecular cadenas de ácidos poli-α-D-galacturónico

formados por grupos funcionales ácidos carboxílicos y estos poseen una proporción de metoxilos

cuando esta es elevada la hidratación se reduce debido a la disminución de la carga eléctrica por

lo que al desmetoxilarlo con la solución NaOH la proporción de metoxilos disminuirá y el grupo

-COO- aumentará. Se tomaron 40 gramos de cada uno de los tamaños de partículas y se colocaron

en cuatro matraces Erlenmeyer cada uno con 500 ml de solución NaOH 0,2 M, a 4°C Se le aplicó

agitación magnética por el tiempo de 2 horas y 30 min, se lavó con agua destilada varias veces, se

filtró y se secó durante 24 horas a 40 °C. Se lo pulverizó con un mortero y pilón, y finalmente se

lo tamizó al tamaño de malla correspondiente. [59][60]

3.5.6 Reticulación de la Biomasa

Se tomaron 30 gramos de cada uno de los tamaños de partículas de la cáscara de piña y se

los añadió en cuatro matraces Erlenmeyer con 500 ml de solución 0,2M de CaCl2 esto dará paso a

en la parte interna de la biomasa una mayor estabilidad mecánica y un intercambio iónico entre el

Ca2+ y el metal pesado debido su carga divalente, se aplica agitación magnética constante por 6

horas, se lavó con agua destilada varias veces, se filtró y se secó durante 24 horas a 60 °C. Se lo

pulverizó y se lo tamizó al tamaño de malla correspondiente. [59]

65

3.5.7 Mecanismo y reacción al someter la biomasa a desmetoxilación y reticulación.

Fuente:[61]

Las partículas de la cáscara de piña contienen pectina en su pared celular y son

polisacáridos altamente hidrofílicos lo que significa que tienen el poder de adsorber agua hasta

quinientas veces con su propio peso [59]. los cuales están formados principalmente por cadenas

de unidades de ácido poli-α-D-galacturónico unidos por enlaces glicosídicos [25] estas cadenas

contienen grupos funcionales de ácidos carboxílicos. Las propiedades que poseen las pectinas se

componen de dos grupos básicos: las pectinas de alto metoxilo con más del 50% de grupos

carboxilo esterificados con un radical metil, y los de bajos metoxilos con menos del 50% de grupos

esterificados [25]

Figura 15: ESTRUCTURA MOLECULAR DE LA PECTINA

66

Figura 16: DESMETOXILACIÓN DE LA BIOMASA

+ NaOH + Na2CO3 + OH2

O

O-

O-

OH

OH

O

O CH3

O

O-

O-

OH

OH

O

O-


Debido a que en el proceso de desmetoxilación solo van a reaccionar las pectinas que tienen

grupo carboxilo con un radical metil, la reacción química precisa de solo utilizar esa parte de la

estructura principal de la pectina como reactivo.

El ion metil del enlace de oxígeno unido a la cadena poligalacturónicas más el NaOH

producirá que se forme un ion oxígeno que no esté enlazado con ningún radical más Na2CO3

resultante de la unión del metoxilo con el hidróxido de sodio.

Se realiza la desmetoxilación con NaOH debido a que cuando la pectina posee una cantidad

alta de metoxilos, el grado de hidratación se reduce por la disminución de la carga eléctrica, por lo

que al desmetoxilarlo se logrará que aumente el contenido del grupo -COO- y por consecuencia la

capacidad de adsorción [59].

67

Figura 17: RETICULACIÓN DE LA BIOMASA

+ Ca2+ + Cl

-

+ Ca2+

+

O

O-

O-

OH

OH

O

O-

O

O-

O-

OH

OH

O

O-

Ca2+

Cl-

CaCl2

O

O-

O-

OH

OH

O

O

O-

O-

OH

OH

O

O

CaO

H2O


La reticulación de la biomasa se la realiza debido a que después de la desmetoxilación la

cantidad de grupos-COO- disponibles es elevada, y los enlaces que se realizan entre las moléculas

pécticas se pueden dar a través de cationes divalentes en este caso es el Ca2+, por consecuencia de

este tratamiento aumentará la estabilidad en la parte interna de la biomasa. [25]

Para enlazar el O- que quedó en el producto de la desmetoxilación, se usa una sal de CaCL2,en la

que la solución se descompone en cationes Ca2+ y aniones Cl- y como los cationes Ca2+ son

divalentes quiere decir que se van a enlazar a dos iones de oxígenos.

68

3.6 Preparación de las aguas residuales sintéticas

3.6.1 Preparación de la solución de sulfato de cobre

En un matraz Erlenmeyer se realizó una solución de sulfato de cobre a 50 ppm (mg/L) en donde

el cobre es el metal pesado, esta solución se basó en aumentar la cantidad de cobre

considerablemente, respecto al criterio de calidad admisible para la preservación de la vida

acuática y silvestre en aguas dulces, marinas y de estuarios [46]. Con el fin de que después de la

metodología aplicada se pueda establecer la cantidad adsorbida del metal pesado por la partícula

de la cáscara de la piña.

3.6.2 Preparación de la solución de cloruro férrico

SE realizó una solución de cloruro férrico a 50 ppm (mg/L) en donde el hierro es el metal pesado,

esta solución se basó en aumentar la cantidad de hierro considerablemente, respecto al criterio de

calidad admisible para la preservación de la vida acuática y silvestre en aguas dulces, marinas y

de estuarios [46].

3.6.2.1 Experimentación en el equipo de agitación magnética

3.6.2.2 Bioadsorción de los metales pesados mediante las partículas de la cáscara de piña.

Estas pruebas se realizaron a través de procesos en discontinuo a temperatura ambiente, en donde

se consideraron cuatro parámetros los cuales son pH, Tamaño de partícula, tiempo de contacto y

concentración del biosorbente. La experimentación se llevó a cabo añadiendo el

biosorbente(partícula de cáscara de piña) a la solución residual sintética y agitando

constantemente a 200 rpm durante un tiempo definido en donde el agitador magnético modelo

(MLW), crea un campo magnético giratorio, luego se procedió a filtrar y a leer en el

69

espectrofotómetro UV modelo (Genesis 10 UV Scanning ) la cantidad de metal pesado que

disminuyó y finalmente se calculó con la ecuación de Langmuir la cantidad de sustancia retenida

por el adsorbente. Se realizaron 16 pruebas por cada metal pesado cada parámetro con cuatro

criterios diferentes.


Figura 18: Equipo de agitación magnética del laboratorio de microbiología

70

3.6.3 Mecanismo de reacción final al añadir las partículas de piña en las soluciones

residuales sintéticas.

Figura 19: BIOADSORCIÓN DE COBRE

+ CuSO4 + CaSO4

O

O-

O-

OH

OH

O

OCu

O

O-

O-

OH

OH

O

O

O

O-

O-

OH

OH

O

OCa

O

O-

O-

OH

OH

O

O


La Bioadsorción de metales por pectina reticulada con Ca2+ se fundamenta en el

intercambio iónico entre el Ca2+ y los iones del metal pesado el cual es el cobre en solución de

CuSO4 como agua residual sintética, como resultado el Ca2+ que está enlazado a las cadenas

poligalacturónicas es reemplazado por el Cu2+ hasta lograr el equilibrio en ambas fases y el Ca2+

que salió reaccionará con el sulfato que quedó en la solución formando sulfato de calcio [25]

En la reticulación luego del proceso aplicado se lava varias veces con agua destilada y se filtra

para eliminar la mayor parte del exceso de calcio y cloro para evitar que pueda afectar la

bioadsorción.

71

Figura 20: BIOADSORCIÓN DE HIERRO

O

O-

O-

OH

OH

O

O

O-

O-

OH

OH

O

O

CaO

O

O-

O-

OH

OH

O

O-

+

O

O-

O-

OH

OH

O

O

O

O-

O-

OH

OH

O

O

Fe

O

O-

O-

OH

OH

O

O + CaCL2FeCL3


Para establecer una comparación en que la pectina de las partículas de cáscara de piña

poseen la capacidad de adsorción de metales pesados se utilizó una sal de otro metal en el cual se

usó hierro trivalente y como reactivo para la solución residual sintética se usó FeCl3, debido a que

el catión hierro es trivalente es decir que puede enlazarse a tres cadenas poligalacturónicas,

la reacción va a necesitar dos cadenas galacturónicas unidas al Ca2+ y una cadena

poligalacturónicas con un ion oxígeno no enlazado, y como resultado el Fe+3 se una a las tres

cadenas poligalacturónicas logrando un equilibrio, el calcio saldrá y se unirá al cloro de la solución

para formar cloruro de calcio.

72

3.6.4 Ecuación del Porcentaje de humedad eliminada en el acondicionamiento de la

biomasa.


Donde:

𝒎𝒔: masa seca de cáscaras

𝒎𝒉: masa húmeda de cáscaras

3.6.7 Ecuación del porcentaje de rendimiento de la conversión de cáscara de piña a polvo.


Donde:

𝒎𝒇: masa final de operación, polvo en micras

𝒎𝒊: masa inicial de cáscaras húmedas y troceadas

3.6.8 Ecuación de la concentración total del ácido

El punto de equivalencia se produce mol a mol por lo que la concentración total del ácido se

expresa en la siguiente ecuación la cual se usó en el ensayo de acidez titulable.

4

nº de moles de ácido = nº de moles de base

Mácido*Vácido = Mbase*Vbase

Mácido =

%𝐻 =𝑚ℎ −𝑚𝑠

𝑚ℎ∗ 100 = 85.69%

%𝑅 =𝑚𝑓

𝑚𝑖∗ 100 = 5.08%

Ecuación 1: Porcentaje de humedad

eliminada

Ecuación 2: Porcentaje de rendimiento de la conversión de cáscaras de piña

a polvo

Ecuación 3: Concentración total del ácido

73


Donde:

Mácido= Concentración molar del ácido

Vácido= Volumen inicial del ácido

Mbase= Concentración de la base que se usó para la titulación.

Vbase =Volumen de la base que se usó para neutralizar al ácido.

3.7 Modelo de adsorción de Langmuir

El modelo de Langmuir representa la cantidad de sustancia retenida por un adsorbente y se

expresa de la siguiente manera: [59]

Fuente: [59]

Donde:

q= Cantidad de sustancia retenida por el adsorbente. [59]

Ci = Concentración inicial del adsorbato (iones del metal). [59]

Ceq = Concentración del adsorbato cuando el sistema alcanza el equilibrio de adsorción. [59]

V= Volumen que se ha tomado para realizar la adsorción (ml). [59]

m= Masa del bioadsorbente seco (gr). [59]

3.8 Ecuación de Lambert- Beer

La ecuación de Lambert- Beer consiste en la relación de las propiedades del analito, con

su concentración y con la longitud de radiación cuando atraviesa la muestra [62]. Esta ecuación se

la usó para hallar el factor de Absorptividad molar ( ), el cual se introdujo en el equipo del

q(mmol/g) = (Ci-Ceq) * V/m

Ecuación 4: Ecuación de Langmuir

74

espectrofotómetro Uv-Vis para determinar los valores de las concentraciones (ppm), absorbancia

y transmitancia (%) de la muestra de Cobre y Hierro

Fuente : [62]

Donde:

A = Absorbancia de la muestra. [62]

C = Concentración (mol/L) [62]

L = Longitud del paso óptico de la muestra (cm) [62]

= Absorptividad molar o factor de extinción (L/mol.cm) [62]

3.9 Normas aplicadas

La norma aplicada es del LIBRO VI DEL TEXTO UNIFICADO DE LEGISLACION

SECUNDARIA DEL MINISTERIO DEL AMBIENTE.

La preparación de las soluciones residuales sintéticas con cobre y hierro, se aumentaron

considerablemente basándose en el límite permisible de la:

NORMA DE CALIDAD AMBIENTAL Y DE DESCARGA DE EFLUENTES AL RECURSO

AGUA:“CRITERIOS DE CALIDAD DE AGUAS PARA LA PRESERVACIÓN DE LA VIDA

ACUÁTICA Y SILVESTRE EN AGUAS DULCES FRÍAS O CÁLIDAS, Y EN AGUAS MARINAS Y

DE ESTUARIOS.”

Con la finalidad de que luego de aplicar la metodología experimental se pueda determinar

cuanto metal pesado se retuvo en las partículas de cáscara de piña y si éste logró reducirse hasta el

límite permisible que requiere esta Norma.

A = C* * L

Ecuación 5: Ecuación de Lambert-Beer

75

CAPÍTULO IV. RESULTADOS

4.6 4.1 Acondicionamiento de la Biomasa

Tabla 3: Acondicionamiento de la Biomasa


Tabla 4: Rendimiento de la conversión de cáscaras de piña a polvo


4.2 Ensayo para ácidos carboxílicos

Tabla 5: Ensayo de Litmus

ENSAYO DE

LITMUS

Solución pH Tipo de Compuesto

Realizado por

duplicado

10%

(Partículas de cáscara

de piña en agua

destilada)

4 Ácido


Cáscara de piña

Masa inicial de

la Biomasa

T(°C)

En la estufa

Tiempo

(horas)

Masa final

de la

Biomasa

Porcentaje de

humedad

eliminada

5643 g. 60°C 48 h 807 g. 85,69%

Polvo de cascara de piña

100 μm 125 μm 160 μm 200 μm

Masa

final

%R1 Masa

final

%R2 Masa

final

%R3 Masa

final

%R4

287 g. 5.08% 55 g. 0.97% 69 g. 1.22% 67 g. 1.18%

76

Tabla 6: Ensayo del Bicarbonato

Solución Partícula

de cáscara

de piña

pH Desprendimiento

de CO2

Tipo de

ácido

10% (solución

de bicarbonato

de sodio)

1 gr 4 SI

(3 burbujas)

Verdaderos

10% (solución

de bicarbonato

de sodio)

0,5 gr 4 SI

(7 burbujas)

Verdaderos


4.3 Ensayo de la determinación de acidez titulable (Norma INEN)

Tabla 7: Ensayo de la determinación de acidez titulable


Solución pH Indicador Solución

para la

Titulación

ml de (NaOH

0,1 mol/l) requeridos

para el cambio de

color al rosado

CONCENTRACIÓN

TOTAL DEL

ÁCIDO

10 ml (5%

partículas de

cáscara de piña

en agua

destilada)

5 3 gotas de

fenolftaleína al

(1% en alcohol

al 95%)

NaOH

0,1 mol/L

5 ml. 0,05 M

10 ml

(10%

partículas de

cáscara de piña

en agua

destilada)

5 3 gotas de

fenolftaleína al

(1% en alcohol

al 95%)

NaOH

0,1 mol/L

9 ml 0.09 M

77

4.4 Ensayo de presencia de pectina

Tabla 8: Test de presencia de pectina


4.5 Ensayo de tamizaje fitoquímico de compuestos fenólicos

Tabla 9: Ensayo de compuesto fenólicos


Solución en agua destilada Solución en alcohol etílico

PRUEBA 1 PRUEBA 2

5% 10% 5% 10%

Test de pectina:

positivo

Test de pectina:

Positivo

Test de pectina:

negativo

Test de pectina:

positivo

Presencia media de

pectina

Alta presencia de

pectina

Ausencia de

pectina

Ligera presencia

de pectina

Formación de flóculo Floculación fuerte - Formación de

bruma

Solución en alcohol etílico

al 5%

Solución en alcohol etílico

al 10%

Compuestos fenólicos en

general

Negativo Negativo

Taninos tipo

pirocatecólicos

Positivo Positivo

Desarrollo de una

coloración verde intensa

por lo que hay

(mayor presencia de taninos

pirocatecólicos)

Desarrollo de una

coloración verde oscuro e

intenso.

(menor presencia de taninos

pirocatecólicos)

Taninos tipo

pirogalotánicos

Negativo Negativo

78

4.6 Desmetoxilación de la biomasa

Tabla 10: Análisis de grupos funcionales en el Espectro Infrarroja

Tipo de análisis Número de onda Tipo de metoxilo

Espectro Infrarrojo

FT-IR

2917.60 cm-1 Bajo metoxilo

Fuente: Elaborada en la presente investigación- Ver figura 65

4.7 Reticulación de la Biomasa

Tabla 11: Análisis de remoción de metales pesados por espectrofotometría Uv-vis

Tipo de análisis Color

complementario

Longitud de

onda

Espectrofotometría

Uv-Vis

Verde-azulado Cobre

650 nm

Espectrofotometría

Uv-Vis

Anaranjado Hierro

490 nm


4.8 Experimentación en el equipo de agitación magnética y caracterización por

espectrofotómetro UV-Vis.

4.8.1 Bioadsorción de cobre mediante las partículas de la cáscara de piña.

El factor de Absorptividad molar ( ) que se insertó en el equipo espectrofotómetro UV-Vis

del Laboratorio de Microbiología para las lecturas de remoción del metal pesado cobre se lo

determinó con la ecuación de Lambert-Beer y dio como resultado 114.85 [62], la longitud de onda

a la que se leyeron fué de 650 nm y el blanco que se usó fue agua destilada [63]

79

4.8.1.1 Efecto del pH en la Bioadsorción de Cobre.

En el efecto de pH se consideraron los siguientes criterios

- Tamaño de partícula=100 μm.

- [Cobre]=50 ppm (Solución sulfato de cobre).

- [Biosorbente]= 0,1 g.

- Tiempo de contacto=100 min

- T= Ambiente

Tabla 12: Efecto de pH

PARÁMETRO Concentración

Ceq

(ppm)

Absorbancia

Transmitancia

(%)

q

(mg/g) pH

3 6,495 0,205 62.4 21,752

4 4,972 0,226 54.4 22,514

5 2,264 0,336 92.3 23,868

6 3,638 0,067 85.9 23,181



21.525

22.514

23.868

23.181

20.000

21.000

22.000

23.000

24.000

25.000

3 4 5 6

q(m

g/g)

pH

pH óptimo en la bioadsorción de COBRE

Figura 21: Gráfico del pH vs la cantidad de cobre retenido por la partícula de piña

80

4.8.1.2 Efecto del tamaño de partícula en la Bioadsorción de Cobre.

En el efecto del tamaño de partícula se consideraron los siguientes criterios

- pH= 5

- [Cobre]= 50 ppm (Solución sulfato de cobre).


- Tiempo de contacto=100 min

- T= Ambiente

Tabla 13: Efecto del tamaño de partícula




Ceq

(ppm)

Absorbancia

Transmitancia

(%)

q

(mg/g) Tamaño de

partícula (μm)

100 2,264 0,036 92,3 23,868

125 1,102 0,048 91,7 24,449

160 0,044 0,006 95,2 24,978

200 1,048 0,345 93,2 24,476

23.868

24.449

24.978

24.476

23.000

23.500

24.000

24.500

25.000

25.500

100 125 160 200

q (

mg/

g)

Tamaño de partículas (μm)

Tamaño de partícula óptimo en la bioadsorción de COBRE

Figura 22: Gráfico del Tamaño de partículas vs la cantidad de cobre retenido por la partícula de piña

81

4.8.1.3 Efecto del tiempo de contacto en la Bioadsorción de Cobre.

En el efecto del tiempo de contacto se consideraron los siguientes criterios

- pH= 5

- Tamaño de partícula= 160 μm



- T= Ambiente

Tabla 14: Efecto del tiempo de contacto


Ceq

(ppm)

Absorbancia

Transmitancia

(%)

q

(mg/g) Tiempo de

contacto (min)

15 1,086 0,009 97,7 24,457

30 0,092 0,004 98,9 24,954

60 0,041 0,003 99,9 24,979

100 0,044 0,006 95,2 24,978



24.457

24.954 24.979 24.978

24.000

24.200

24.400

24.600

24.800

25.000

25.200

15 30 60 100

q (

mg/

g)

Tiempo de contacto (min)

Tiempo de contacto óptimo en la bioadsorción de COBRE

Figura 23: Gráfico del tiempo de contacto vs la cantidad de cobre retenido por la partícula de

piña

82

4.8.1.4 Efecto de la concentración del biosorbente en la Bioadsorción de Cobre.

En el efecto de la concentración de biosorbente se consideraron los siguientes criterios.

- pH= 5

- Tamaño de partícula= 160μm


- Tiempo de contacto= 60 min

- T= Ambiente

Tabla 15: Efecto de la concentración del biosorbente


Ceq

(ppm)

Absorbancia

Transmitancia

(%)

q

(mg/g) Concentración del

biosorbente (g)

0,1 0,041 0,003 99,9 24,979

0,3 0,012 0,006 98,7 24,994

0,6 0,004 0,001 100 24,998

0,9 0,006 0,002 98,9 24,997



24.979

24.99424.998 24.997

24.965

24.970

24.975

24.980

24.985

24.990

24.995

25.000

0,1 0,3 0,6 0,9

q (

mg/

g)

Concentración del biosorbente (g)

Concentración del biosorbente óptimo en la bioadsorción de COBRE

Figura 24: Gráfico de la concentración del biosorbente vs la cantidad de cobre retenido por la

partícula de piña

83

4.8.2 Bioadsorción de hierro mediante las partículas de la cáscara de piña.

El factor de Absorptividad molar ( ) que se insertó en el equipo espectrofotómetro UV-Vis

del Laboratorio de Microbiología para las lecturas de remoción del metal pesado Hierro, se lo

determinó con la ecuación de Beer-Lambert y dio como resultado 36,87. [62], la longitud de onda

a la que se leyeron fué de 490 nm y el blanco que se usó fue agua destilada [63]

84

4.8.2.1 Efecto del pH en la Bioadsorción de Hierro.

En el efecto del pH de se consideraron los siguientes criterios.

- Tamaño de partícula=100 μm

- [Hierro]= 50 ppm (Solución cloruro de Hierro).

- [Biosorbente]= 0,1 gr


- T= Ambiente

Tabla 16: Efecto de pH


Ceq

(ppm)

Absorbancia

Transmitancia

(%)

q

(mg/g) pH

3 3,686 0,095 80,1 23,157

4 0,871 0,022 95,2 24,564

5 10,20 0,277 52,8 19,900

6 14,84 0,403 39,5 17,580



23.15724.564

19.90017.580

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

3 4 5 6

q (

mg/

g)

pH

pH óptimo en la bioadsorción de HIERRO

Figura 25: Gráfico del pH vs la cantidad de Hierro retenido por la partícula de piña

85

4.8.2.2 Efecto del tamaño de partícula en la Bioadsorción de Hierro.

En el efecto de se consideraron los siguientes criterios.

- pH= 4


- [Biosorbente]= 0,1gr


- T= Ambiente

Tabla 17: Efecto del tamaño de partícula


Ceq

(ppm)

Absorbancia

Transmitancia

(%)

q

(mg/g) Tamaño de

partícula (μm)

100 0,871 0,022 95,2 24,564

125 0,531 0,012 98,4 24,734

160 3,330 0,086 81,9 23,335

200 2,890 0,075 70,8 23,555



24.56424.734

23.33523.555

22.500

23.000

23.500

24.000

24.500

25.000

100 125 160 200

q (

mg/

g)

Tamaño de partícula (μm)

Tamaño de partícula óptimo en la bioadsorción de HIERRO

Figura 26: Gráfico del tamaño de partícula vs la cantidad de Hierro retenido por la partícula de piña

86

4.8.2.3 Efecto del tiempo de contacto en la Bioadsorción de Hierro.


- pH= 4

- Tamaño de partícula= 125 μm


- [Biosorbente]= 0,1gr

- T= Ambiente

Tabla 18: Efecto de tiempo de contacto


Ceq

(ppm)

Absorbancia

Transmitancia

(%)

q

(mg/g)

Tiempo de

contacto (min)

15 0,356 0,025 97,3 24,822

30 0,286 0,039 99,98 24,857

60 0,483 0,045 92,52 24,758

100 0,531 0,012 98,4 24,734



24.822

24.857

24.75824.734

24.650

24.700

24.750

24.800

24.850

24.900

15 30 60 100

q (

mg/

g)

Tiempo de contacto (min)

Tiempo de contacto óptimo en la bioadsorción de HIERRO

Figura 27: Gráfico del tiempo de contacto vs la cantidad de Hierro retenido por la partícula de piña

87

4.8.2.4 Efecto de la concentración del Biosorbente en la Bioadsorción de Hierro.


- pH= 4

- Tamaño de partícula= 125μm


- Tiempo de contacto= 30min

- T= Ambiente

Tabla 19: Efecto de concentración del Biosorbente


Ceq

(ppm)

Absorbancia

Transmitancia

(%)

q

(mg/g) Concentración del

Biosorbente (g)

0,1 0,256 0,039 99,98 24,872

0,3 0,230 0,052 100 24,885

0,6 0,568 0,074 91,3 24,716

0,9 0,743 0,089 90,5 24,628



24.872 24.885

24.716

24.628

24.400

24.500

24.600

24.700

24.800

24.900

25.000

0,1 0,3 0,6 0,9

q (

mg/

g)

Concentración del biosorbente (g)

Concentración del biosorbente óptimo en la adsorción de HIERRO

Figura 28: Gráfico de la concentración del biosorbente vs la cantidad de Hierro retenido por la partícula de

piña

88

4.9 Análisis de Resultados

Las cáscaras secas se colocaron en el molino de bolas de porcelana para reducirlo en

partículas, estas contenían alrededor de 90 bolas de cerámica, se las dejó por el tiempo de

2 horas y se hicieron controles cada 25 min. Luego de tamizarlas el tamaño de malla de

100 μm fué el que tuvo el mayor rendimiento como lo muestra la tabla 4.

De acuerdo a la tabla 5 en el ensayo de litmus al introducir el papel indicador universal en

una solución al 10%, el pH fué de 4, lo cual indica que el compuesto es un ácido, se hizo

esta prueba por duplicado siendo el mismo resultado. Según los reportes de pH de Elena

Dionisio Ruiz el pH es de 5,cercano al que se obtuvo en lo que podría inferir el tipo de

cáscara de piña con el que se trabaje.[3]

El ensayo del bicarbonato se lo realizó con una solución al 10% añadiendo un cantidad de

este sobre 0,5 y 1 gr de la partícula de cáscara de piña los resultados se muestran en la tabla

6 , ambas pruebas indican que son ácidos verdaderos (ácidos carboxílicos) ya que estos se

disuelven en bicarbonato acuoso y deprenden gas carbónico, a diferencia de los ácidos

débiles que no son solubles en bicarbonato ni desprenden CO2 [54][64]

Los resultados del ensayo de acidez titulable se muestran en la tabla 7 en donde el pH fué

de 5 en ambas pruebas, se tituló con la solución estándar NaOH 0,1 mol/L hasta que indicó

un cambio de color rosado en la primera prueba se requirió de 5 ml de esta solución y en

la segunda prueba fué de 9 ml ,lo que significa que estos fueron los volúmenes necesarios

para neutralizar el ácido, la concentración total de ácidos se produce mol a mol y se expresó

en la Ecuación 3 los resultados de ambas pruebas se muestran en la misma tabla 7 [65]

[55].

89

El ensayo de presencia de pectina se la determinó si la muestra presentaba formación de

flóculos y los resultados obtenidos se muestran en la tabla 8 en donde la prueba 1 presentó

una alta presencia de pectina en la solución al 10 % y una presencia media de pectina en la

solución al 5% de la misma prueba. En la prueba 2 se apreció una ligera presencia en la

solución al 10 % y una ausencia de pectina en la solución al 5 % [56] [66]

En la tabla 9 se visualizan los resultados del ensayo de compuestos fenólicos en la que dio

positivo a los taninos de tipo pirocatecólicos en la solución en alcohol etílico al 5% con

una mayor presencia de taninos desarrollando un color verde intenso, y en la solución al

10% una menor presencia de taninos presentando un color verde oscuro intenso [58] [57].

El análisis de resultado del grupo funcional (ácido carboxílico) realizado por LESPEC –

ESPOL en Espectro Infrarrojo FT-IR determinó que a 3380.62 cm-1 se observa una

curvatura ancha prominente, la misma que sugiere la presencia de un grupo hidroxilo (OH-

) proveniente de un ácido carboxílico, debido a que su banda empieza desde 2500 cm-1 y

termina en 3500 cm-1 .A 2917.60 cm-1 se observa una curvatura que coincide con una leve

presencia de enlace carbono hidrógeno (C-H) de hibridación sp3 (grupos metoxilos),

característico de cadenas de carbono saturadas. A 1634.10 cm-1 se observa una curvatura

que indica la presencia de un grupo carbonilo C=O). A 1036.33 cm-1 se observa un

estiramiento que indica presencia de enlace carbono-oxígeno (C-O) de la molécula, lo cual

concuerda con los grupos funcionales carbonilo señalados anteriormente [22] . Ver figura

65 en los anexos

La tabla 10 muestra el resultado del análisis realizado por el Laboratorio de Espectrometría

LESPEC – ESPOL a través del Espectro Infrarrojo FT-IR [22]. Ver anexo 65 en donde los

picos de la muestra indicaron que hay presencia elevada de grupos hidroxilos y carbonilos

90

y menor presencia de enlace carbono-hidrógeno (C-H) a un número de onda de 2917.60

cm-1 lo que significa que la pectina es de bajo metoxilo [59][60]

Los resultados se obtuvieron luego de haber aplicado la metodología de Bioadsorción en

discontinuo por agitación magnética y la lectura de los datos se determinan por el

espectrofotómetro Uv-Vis en donde la longitud de onda a la que se leyeron la remoción del

los metales pesados cobre y hierro se encuentran en la tabla 11 [60][67]

De acuerdo a la tabla 12 el pH óptimo fue de 5 en la bioadsorción de cobre con una

concentración final de cobre de 2,264 ppm.

La tabla 13 muestra un tamaño de partícula óptimo de 160 μm y su concentración final fue

de cobre de 0,044 ppm.

En la tabla 14 se puede apreciar que el tiempo de contacto óptimo fue de 60 min con una

concentración final de cobre de 0,041 ppm.

En la tabla 15 se observa que la concentración del biosorbente óptimo fue de 0,6 gr con

una concentración final de cobre de 0,004 ppm el cual está dentro del límite permisible del

TULSMA “Criterios de calidad admisibles para la preservación de la vida acuática y

silvestre en aguas dulces, marinas y de estuarios” ya que el valor que establece es de 0,005

ppm de Cobre.[46]

La tabla 16 muestra que el pH óptimo en la Bioadsorción de Hierro fue de 4 siendo la

concentración final 0,871 ppm.

Según la tabla 17 el tamaño de partícula óptimo es de 125 μm y su concentración final de

Hierro fue de 0,531 ppm.

En la tabla 18 se aprecia que el tiempo de contacto óptimo fue de 30 min con una

concentración final de Hierro de 0,286 ppm.

91

De acuerdo a la tabla 19 la concentración del biosorbente fue 0,3 g y su concentración final

de Hierro fue de 0,230 ppm la cual se encuentra dentro del límite permisible del TULSMA

“Criterios de calidad admisibles para la preservación de la vida acuática y silvestre en aguas

dulces, marinas y de estuarios” ya que el valor establecido es de 0,3 ppm de Hierro. [46]

92

CAPITULO V

5.1 Conclusiones

Las partículas de cáscara de piña tamizadas de 100 micras evidenciaron un mayor rendimiento

del 5,08% sobre una masa final de 287 g.

Se determinó que la pectina contiene en su estructura molecular cadenas de ácidos poli-α-D-

galacturónico formados por grupos funcionales ácidos carboxílicos los cuales tienen la

capacidad de adsorción.

En el estudio de los resultados de los gráficos por espectrofotometría infrarroja para la

determinación de los ácidos carboxílicos indicaron que hay presencia elevada de grupos

hidroxilos y carbonilos, y una menor presencia de enlace carbono-hidrógeno (C-H), por lo cual

la pectina es de bajo metoxilo favoreciendo así al aumento de capacidad de adsorción debido

al tratamiento de desmetoxilación y reticulación que se aplicó a las partículas de cáscara de

piña.

Con los datos obtenidos mediante espectrofotometría Uv-Vis se determinó que los parámetros

óptimos en al Bioadsorción de cobre fueron pH 5, tamaño de partícula de 160 μm, tiempo de

contacto de 60 min, y una concentración de biosorbente de 0,6 g, dando una concentración

final de 0,004 ppm de cobre estando este valor dentro del límite permisible por la normativa.

Los parámetros óptimos en la Bioadsorción del metal pesado hierro fueron pH 4, tamaño de

partícula de 125 μm, tiempo de contacto de 30 min, y una concentración de biosorbente de 0,3

g dando como resultado una concentración final 0,230 ppm de Hierro cumpliendo el límite

permisible que indica la normativa.

De acuerdo al modelo de adsorción de Langmuir la cantidad de cobre retenida por el adsorbente

fue del 24,998 mg/g y del Hierro 24,885 mg/g por lo que la partícula de cáscara de piña mostró

una mayor remoción para el metal pesado cobre.

93

El estudio indica que la cáscara de piña tratada se puede aplicar para la separación de iones de

metales y adsorción de los mismos, reduciendo así costos de producción y el impacto negativo

medioambiental en comparación con los métodos convencionales, debido a que se aprovechan

los residuos provenientes de los procesos Industriales.

Es importante considerar que durante la exploración se logró determinar que las Bromelias que

posee la fruta de la piña (ananas comosus) han sido usadas en el biomonitonero de

contaminación y son excelentes biorremediadores de suelo y agua, ya que pueden acumular y

retener elementos en su estructura interna de los tejidos, ya que sus hojas y tallos absorben los

nutrientes y el agua de la atmósfera.

5.2 Recomendaciones

Realizar estudios de los demás residuos de la piña obtenidos de los procesos, tales como tallo,

corona, hojas y raíces para saber si estos poseen la capacidad de adsorción.

Se sugiere usar otros residuos provenientes de otras frutas y vegetales para posterior

comparación de la eficiencia de retención de metales pesados a través de diferentes

adsorbentes.

Se recomienda el estudio acerca de los parámetros óptimos para la remoción de color que posee

la cáscara de piña, como una opción para tratamientos de aguas potables, residuales,

industriales y domésticas.

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ANEXOS

ACONDICIONAMIENTO DE LA BIOMASA

Fuente: Elaborada en la presente investigación Fuente: Elaborada en la presente investigación


Figura 30: Cáscara de piña troceadas Figura 29: Cáscara de piña troceadas

Figura 31: Limpieza de las cáscaras de piña Figura 32: Secado en la estufa a 60°C

102



Figura 33: Pesaje de las cáscaras de piña deshidratadas

Figura 34: Molino de bolas para pulverización de cáscaras de piña

deshidratadas

103


ENSAYO DE LITMUS

Figura 36: pH 4 de la solución al 10%(Partículas de cáscara de piña en agua destilada)


Figura 35: Tamiz vibratorio para obtención de partículas de diferentes tamaños

de mallas

104

ENSAYO DEL BICARBONATO



Figura 37: Desprendimiento de 3 burbujas de CO2

Figura 38: Desprendimiento de 7 burbujas de CO2

105

ENSAYO DE LA DETERMINACIÓN DE ACIDEZ TITULABLE



Figura 39: Gotas de fenolftaleína en solución al 5% y 10 %(partículas en agua

destilada)

Figura 41: 5 ml de NaOH 0,1 mol/L recogidos

en la solución al 5%

Figura 40: 9 ml recogidos de NaOH 0,1

mol/L recogidos en la solución al 10%

106

ENSAYO DE PRESENCIA DE PECTINA


ENSAYO DE TAMIZAJE FITOQUÍMICO DE COMPUESTO FENÓLICOS


Figura 42: Solución en agua destilada al 5%

(presencia media de pectina) y 10% (alta

presencia de pectina- tubo de ensayo derecho)

Figura 43: Solución en alcohol etílico al 5%

(ausencia de pectina) y 10% (ligera presencia

de pectina- tubo de ensayo derecho)

Figura 44: Solución en alcohol etílico al 5% (Mayor presencia de taninos pirocatecólicos) y

10% (Menor presencia de taninos pirocatecólicos- tubo de ensayo derecho)

107

DESMETOXILACIÓN DE LA BIOMASA



Figura 45: Partículas de cáscara de piña de los 4 tamaños de mallas

en 500 ml de solución NaOH 0,2 M

Figura 45: Partículas de cáscara de piña de los 4 tamaños de mallas en 500 ml de

solución NaOH 0,2 M

Figura 47: Filtración luego de la agitación

magnética de las cuatro soluciones Figura 46: Secado del material filtrado en la

estufa a 60°C

108

RETICULACIÓN DE LA BIOMASA



Figura 49: Pesaje para la preparación

de las soluciones de CaCl2 al 0,2 M

Figura 48: Agitación magnética de las soluciones 0,2

M de CaCl2 con las partículas de cáscara de piña

Figura 51: Filtración de las soluciones 0,2 M

de CaCl2 con las partículas de cáscara de piña

Figura 50: Secado del material filtrado en

la estufa a 60°C

109

BIOADSORCIÓN DEL METAL PESADO COBRE



Figura 52: Elaboración del agua residual

sintética con sulfato de cobre a 50 ppm

Figura 53: Pesaje de la partícula de

cáscara de piña

Figura 55: Agitación magnética para la

adsorción de cobre mediante las partículas de

cáscara de piña

Figura 54: Filtrado de la solución para la

posterior lectura de concentración de cobre

final en el espectrofotómetro Uv-Vis

110

BIOADSORCIÓN DEL METAL PESADO HIERRO



Figura 56: Preparación del agua residual

sintética con Cloruro de Hierro a 50 ppm

Figura 57: Pesaje de la partícula de

cáscara de piña

Figura 59: Agitación magnética para la

adsorción de Hierro mediante las partículas

de cáscara de piña

Figura 58: Filtrado de la solución para la

posterior lectura de concentración de Hierro

final en el espectrofotómetro Uv-Vis

111

LECTURA DE DATOS DE CONCENTRACIÓN(PPM), ABSORBANCIA Y

TRANSMITANCIA (%) EN EL ESPECTROFOTÓMETRO UV-VIS



Figura 60: Figura 60: Cubetas del blanco (agua destilada) y la muestra

a analizar (filtrado de la solución que contiene el metal pesado)

Figura 62: Caracterización del metal

pesado por espectrofotómetro Uv-vis

Figura 61: Lectura de la concentración final

del metal pesado, absorbancia y transmitancia

112

Fuente: [22]

Figura 63: Análisis de los grupos funcionales ácidos carboxílicos mediante espectrofotometría

Infrarroja (FT-IR)

113

Fuente: [22]

Figura 64: Análisis de resultados de los picos obtenidos de la muestra de partículas de cáscara de

piña

114

Fuente: [22]

Figura 66: Espectro Infrarrojo de la muestra con reconocimiento de picos. Figura 65: Espectro Infrarrojo de la muestra con reconocimiento de picos.

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