Determinación de la capacidad de bioadsorpción en biomasa de Coccoloba uvifera SP de Puerto Rico en soluciones de Cd(II)

Abstract

El cadmio y sus diversos compuestos en forma soluble se propagan a través de los ecosistemas y representan una amenaza para el medio ambiente y la salud humana. La remoción de iones de metales pesados en el agua es un desafío científico debido a las desventajas de los métodos convencionales, como la generación de contaminantes secundarios y los altos costos de operación. En la actualidad existe interés por evaluar alternativas ambientalmente amigables y económicamente viables, como la bioadsorción. Por lo tanto, en este trabajo se evaluó la capacidad de adsorción de la biomasa de hoja de Coccoloba uvifera sp (uva de playa) de Puerto Rico, utilizada como adsorbente (nativo y modificado por esterificación e hidrólisis) para iones de Cd(II) en soluciones acuosas a 15 y 50 ppm. Mediante experimentos por lotes, la bioadsorción se evaluó en términos de tiempo de contacto, pH, concentración de Cd(II) e interferencia de algunos iones metálicos (Ca(II), Mg(II), Zn(II), Ni(II) y Mn(II) ). Las concentraciones de Cd(II) se evaluaron cuantitativamente utilizando espectrometría de emisión óptica (ICP-OES) y la biomasa se caracterizó por reflectancia total atenuada (ATR). Los resultados mostraron que la adsorción de Cd(II) en la biomasa de Coccoloba uvifera sp depende del pH en un rango de 2.00 a 7.00. Se pudo determinar que el pH óptimo para la interacción de Cd(II) con la superficie del bioadsorbente es de 7.00. El tiempo de contacto en equilibrio fue de 30 minutos. La máxima remoción fue del 80.9% y capacidad de adsorción (qe) de 2.38 mg/g en la biomasa hidrolizada de Coccoloba uvifera sp en contacto con la solución a 15 ppm de Cd(II). Sin embargo, a mayor concentración de Cd(II) 50 ppm, la remoción fue del 66% y qe de 5.60 mg/g. El análisis de espectroscopia infrarroja por reflectancia total atenuada (ATR) confirma con el aumento en la intensidad de la señal, la participación de los grupos COO, OH y CO en la interacción entre los iones de Cd(II) y la superficie de la biomasa hidrolizada de Coccoloba uvifera sp. El proceso de adsorción de Cd(II) fue definido por el modelo de Temkin con el mejor coeficiente de determinación R2 =0.9711 en comparación con la isoterma de Freundlich R2 = 0.9051 y Langmuir R2 = 0.9227. La capacidad máxima de adsorción (qmax) fue de 32.36 mg/g. El proceso de adsorción de Cd(II) por la biomasa hidrolizada de Coccoloba uvifera sp es favorable y el mecanismo está definido por quimisorción y fisisorción. En general, la biomasa hidrolizada tuvo mayores valores de remoción y capacidad de adsorción de Cd(II) en comparación con otros adsorbentes. La biomasa hidrolizada de Coccoloba uvifera sp puede considerarse como un material potencial para la adsorción de Cd(II).

Cadmium and its various soluble compounds spread through the ecosystem and pose a threat to the environment and human health. Removing heavy metal ions from water is a scientific challenge due to the disadvantages of conventional methods, such as generating secondary pollutants and high costs. Researchers have interest in evaluate environmentally friendly and economically viable alternatives, such as biosorption. In this research work, the adsorption capacity of leaf biomass from Coccoloba uvifera sp (beach grape) from Puerto Rico, used as an adsorbent (native and modified by esterification and hydrolysis) for Cd(II) ions, was studied in Cd aqueous solutions at 15 and 50 ppm. In batch experiments, biosorption was evaluated in terms of contact time, pH, Cd(II) concentration, and interference with some metal ions (Ca(II), Mg(II) , Zn(II) , Ni(II) , and Mn(II) ). Cd (II) concentrations were quantitatively assessed using optical emission spectrometry (ICP-OES), and biomass was characterized by attenuated total reflectance (ATR). Results showed that adsorption of Cd(II) in Coccoloba uvifera sp biomass depends on pH in a range from 2.00 to 7.00. Optimal pH for the interaction of Cd(II) with bioadsorbent surface is 7.00. Contact time at equilibrium was 30 minutes. Cd(II) maximum removal was 80.9% and adsorption capacity (qe) of 2.38 mg / g in hydrolyzed biomass of Coccoloba uvifera sp when contact with a solution at 15 ppm Cd(II). However, at 50 ppm concentration of Cd(II), removal was 66% and qe 5.60 mg / g.Attenuated total reflectance (ATR) infrared spectroscopy analysis confirms the participationof COO-, OH, and CO- groups on the interaction between Cd(II) ions and the hydrolyzed biomass surface. Temkin model defined the Cd(II) adsorption process with the best determination coefficient R2 =0.9711 compared to Freundlich isotherm R2 = 0.9051 and Langmuir R2 = 0.9227. The maximum adsorption capacity (qmax) was 32.36 mg/g. Cd(II) adsorption process by hydrolyzed biomass of Coccoloba uvifera sp is favorable and the mechanism is defined by chemisorption and physisorption. Hydrolyzed biomass had higher removal values and Cd(II) adsorption capacity than other adsorbents. Hydrolyzed biomass of Coccoloba uvifera sp can be considered a potential material for Cd(II) adsorption.