Resumen

Introducción La presencia de metales pesados como Pb, Zn, Cr, Cd, Ni y Cu son un problema recurrente en el agua residual industrial como en el efluente del lavado de vehículos. Estos metales son de difícil remoción por métodos convencionales, lo cual genera considerable preocupación ambiental debido a su elevada toxicidad a la salud humana y potencial de bioacumulación. La implementación efectiva de sistemas adsorción depende de la velocidad con la cual ocurre este proceso fisicoquímico. La presente investigación pretende de estudiar la cinética de adsorción de los metales los pesados Pb, Zn, Cr, Cd, Ni y Cu mediante adsorbentes naturales de origen ecuatoriano como son la turba y la piedra caliza en comparación con carbón activo comercial.

Objetivos Determinar la velocidad de adsorción de metales pesados (Pb, Zn, Cr, Cd, Ni, Cu) en los materiales adsorbentes de piedra caliza, carbón activo y turba.

Método El estudio de adsorción se realizó con los adosrbentes piedra caliza (obtenido en canteras de la provincia del Chimborazo) y tuba (obtenida en páramos del volcán Chimborazo) y se comparó con carbón activo granular preparado a partir de cáscaras de coco con un tamaño de grano entre 1 y 2 mm y un área supertfical BET de 631 m-1. Se preparó agua residual sintética añadiendo sales comerciales de los metales pesados (pureza 98-99%) en agua destilada ajustando el pH a un valor de 6. El análisis de la concentración de los metales Zn, Cu y Cr(VI) en fase acuosa se realizó fotométricamente mediante el equipo HANNA HI 83399. Los metales pesados Pb, Cd y Ni se analizarón mediante absorción atómica de horno de grafito con el equipo PG Instruments AA500. Estos ensayos de cinética de adosrción se llevaron a cabo colocando de 10 gramos de adsorbente molido en 500 ml de la solución enriquecida con los metales (concentración de los metales 10 veces superior a la norma ambiental: Pb 2 mg/l, Zn 50 mg/l, Cr 5 mg/l, Cd 0,2 mg/l, Ni 20 mg/l, Cu 10 mg/l) por un tiempo de 1 hora. Todos estos experimentos fueron sometidos a una agitación de 150 rpm a temperatura ambiente y a pH de 6. La concentración de los metales se determinó a varios tiempos y los resultados experimentales se ajustaron a modelos cinéticos (modelo de pseudo primer y pseudo segundo orden) mediante ajustes lineales.

Principales resultados La turba adsorbe más de un 70% de la concentración inicial de los metales Zn, Pb y Ni dentro de un tiempo de 5 min, mientras que después de 60 min de contacto el Pb y el Ni se adsorben entre 98 y 100%. El cromo y el cadmio se adsorben más lentamente sobre la turba, con valores entre el 19 y 29% después de 5 min y al 66% después de 60 min. La piedra caliza adsorbe rápidamente al Zn y Cu con una adsorción entre el 70 y 100% en 5 min. La piedra caliza adsorbe sin embargo lentamente el cromo y cadmio con valores de 8% en un tiempo de 5 min. El carbón activo comercial adsorbe rápidamente al Cu, Pb y Ni (valores de remoción del 82 al 92% en 5 min y del 92 a 100% en 60 min), sin embargo el cromo VI se adsorbe lentamente sobre carbón activo, con valores de 19% después de 60 min.

Conclusiones Los estudios realizados con los adsorbentes piedra caliza, turba y carbón activo presentan una cinética de adsorción de pseudo segundo orden evidenciando un proceso inicial de adsorción por mecanismos de difusión externa y un segundo proceso lento de difusión hacia el interior de los granos. El material adsorbente sobre el cual los metales pesados se adsorben más rápidamente es la turba mientras que el carbón activo adsorbe rápidamente los metales de Cu, Pb y Ni. Los metales Cd y el Cr no se adsorben rápidamente en ninguno de los materiales aalizados. La piedra caliza adsorbe rápidamente al cobre y cinc, sin embargo adsorbe lentamente al Cd. Se puede concluir que los mecanismos de adsorción de los metales se dan por procesos de intercambio catiónico y/o precipitación como hidróxidos o carbonatos, siendo el metal con menor afinidad el cromo VI debido a su condición de anión (cromato). Por otro lado se puede indicar que el cadmio tiene un menor constante de disociación y peso molecular intermedio lo que genera una menor afinidad por los adsorbentes estudiados.