Diseño experimental por compósito central para optimizar la capacidad de la biomasa de Eichhonia Crassipes en la remoción de cadmio (II) presente en soluciones acuosas

Abstract

La biomasa de diferentes especies vegetales, entre ellas la de Eichhornia crassipes, ha demostrado en diferentes estudios poseer una elevada capacidad para la remoción de metales pesados presentes en aguas contaminadas. Sin embargo, los resultados reportados en estos trabajos, no se enfocan en hallar una respuesta óptima de la biomasa para remover el contaminante, sino más bien, evalúan esta respuesta en una relación uno a uno, frente a diferentes factores que varían de manera independiente (pH, tiempo de agitación, concentración de biomasa). Para hallar un escenario óptimo en la medida de la variable de respuesta: cantidad de metal pesado, por gramo de biomasa, es necesario utilizar un modelo experimental de superficie de respuesta. El diseño por compuesto central (DCC) es un tipo de modelo de superficie de respuesta, el cual permite determinar el número de experimentos a realizar considerando los valores máximos, mínimos y "medios", de los diferentes factores variables, los cuales tendrán un efecto determinado en la variable de respuesta medida. En el siguiente trabajo se presenta el estudio para optimizar la capacidad que posee la biomasa de Eichhornia crassipes en la sorción del ion metálico cadmio (II), presente en aguas contaminadas. Este trabajo se llevó a cabo utilizando un diseño de compuesto central (DCC) y realizando la caracterización fisicoquímica de la biomasa por distintas técnicas instrumentales. La caracterización física de la biomasa mostró que esta posee un área superficial de 6.8 m /g. Por otro lado, el análisis por microscopía electrónica de barredura (SEM), mostró que los poros superficiales de esta biomasa varían en torno a 10-20 pm. Además, en el espectro FTIR aplicado a la biomasa antes y después de la sorción de cadmio (II), se logró identificar que los grupos funcionales carboxilatos, los cuales se encuentran en las regiones axiales de las cadenas poliméricas que conforman las paredes celulares de este material, estarían involucrados directamente en la sorción. Así también, en las pruebas de optimización se encontró que para un nivel de pH 6.2, tiempo de 2+ agitación 16.8 minutos y concentración de biomasa de 1.6 g/L, se logró remover 17.0 ± 0.5 mg de Cd por gramo de Biomasa, partiendo de una solución con concentración inicial de 50 mg/L de cadmio. Además, se determinó que el DCC explica el 98% de la variabilidad de los resultados, siendo así un modelo adecuado para explicar las observaciones experimentales de remoción de cadmio (II) por parte de la Biomasa. Finalmente, el estudio respectivo de las isotermas y cinética de sorción, mostraron que los datos experimentales se ajustan mejor a un modelo de Langmuir (R = 0.98) y un modelo cinético de pseudo- segundo orden (R2=0.999).