CARACTERIZACIÓN DE LA PEPA DE NÍSPERO DE PALO (Mespilus communi) Y POSIBILIDADES DE USO COMO BIOSORBENTE DE CONTAMINANTES DE AGUA

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA PESQUERA Y DE ALIMENTOS INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA PESQUERA Y DE ALIMENTOS INFORME FINAL DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN CARACTERIZACIÓN DE LA PEPA DE NÍSPERO DE PALO (Mespilus communi) Y POSIBILIDADES DE USO COMO BIOSORBENTE DE CONTAMINANTES DE AGUA AUTOR: Gloria Ana Delgadillo Gamboa (PERIODO DE EJECUCIÓN: Del 01 de julio de 2013 al 30 de junio de 2015) (Resolución de aprobación Nº R) Callao, 2015

2 AGRADECIMIENTOS A Dios por ser el amigo fiel que me protege y que nunca me falla. A mi madre quien con su apoyo me reconforta siempre. A mi hijo por ser el compañero y mi motivo de lucha sin descanso. A mis familiares y amigos que con su afecto dan un matiz especial a mi existencia. Lima, Junio 2015.

3 Página A. ÍNDICE 1 B. RESUMEN 5 C. INTRODUCCIÓN 6 c.1 Descripción y análisis del tema 6 c.2 Planteamiento del Problema 8 c.3. Objetivos y alcance de la investigación 8 c.3.1 Propósito de la investigación 8 1. Objetivo General 8 2. Objetivos Específicos 8 c.3.2 Alcance de la investigación 9 D. MARCO TEÓRICO 10 d.1 Contaminación del agua 10 d.2 Métodos de remoción de contaminantes 10 d.2.1 Adsorción 11 d.2.2 Biorremediación 12 Biosorción 12 d.3 Mecanismo de la biosorción por residuos agroindustriales 14 d.4 Ventajas y aplicaciones de la biosorción 16 d.5 Biosorbentes de residuos agroindustriales 18 d.6 Preparación de biosorbentes 20 d.6.1 Precursor: pepa de níspero 21 d.7 Sistemas sólido-líquido: Isotermas de adsorción 22 d.7.1 Isoterma de Langmuir 23 d.7.2 Isoterma de Freundlich 24 d.8 El adsorbato: azul de metileno 24 d.9 El adsorbato: cobre 26 d.10 Técnicas de caracterización de los biosorbentes 27 d.10.1 Análisis próximo 27 d.10.2 Método de titulación Bohem 27 d.10.3 Espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (FTIR) 28

4 d.10.4 Microscopía electrónica de barrido (SEM) 28 E. MATERIALES Y MÉTODOS 29 e.1. Materiales 29 Reactivos 29 Material de vidrio y otros 29 Equipos 30 e.2 Métodos 30 e.2.1 Diseño del experimento 30 e.2.2 Tratamiento previo de la materia prima 31 e.2.3 Preparación del biosorbente 31 e.3 Caracterización fisico-química de la pepa de níspero 31 e.3.1 Análisis próximo y análisis químico global 31 e.3.2 Determinación de los grupos ácidos y básicos por el método de titulación Bohem 32 e.3.3 Determinación de los grupos funcionales del biosorbente por espectroscopia FTIR 33 e.3.4 Determinación de los componentes químicos de la pepa de níspero 33 Determinación de lignina: 33 Determinación de celulosa: 34 Determinación de pentosanos: 35 e.4 Curvas de calibración de los adsorbatos: Cu(II) y Azul de metileno (AM) 35 e.5 Ensayos de adsorción 36 Acondicionamiento del biosorbente 36 Preparación de la soluciones de Cu(II) y de azul de metileno (AM): 36 e.5.1 Establecimiento del tiempo de equilibrio 36 e.5.2 Efecto del ph sobre la adsorción 38 e.5.3 Efecto de la masa del adsorbente sobre la adsorción 38 e.5.4 Determinación de los puntos de las isotermas 38 e.6. Estudios cinéticos y modelamiento 38 e.6.1 Modelamiento cinético de los datos experimentales 38 Modelo de pseudo primer orden 39 Modelo de pseudo segundo orden 39

5 Modelo de difusión intraparticular 40 F. RESULTADOS 41 f.1 Caracterización fisico-química de la pepa de níspero 41 f.1.1 Grupos ácidos y básicos de la pepa de níspero por el método de titulación Bohem 41 f.1.2 Componentes químicos de la pepa de níspero 41 f.2. Ensayos de adsorción 42 f.2.1 Establecimiento del tiempo de equilibrio 42 f.2.2 Efecto del ph sobre la adsorción 42 f.2.3 Efecto de la masa del adsorbente sobre la adsorción 43 f.3. Modelamiento cinético de los datos experimentales 43 Modelo de pseudo primer orden: 44 Modelo de pseudo segundo orden: 44 Modelo de difusión intraparticular: 45 f.4. Isotermas de adsorción de los iones con el biosorbente 46 f.4.1 Correlación de los datos experimentales con los modelos de isotermas 47 G. DISCUSIÓN 49 g.1. Caracterización fisico-química de la pepa de níspero 49 g.1.1 Grupos ácidos y básicos de la pepa de níspero 49 g.1.2 Componentes químicos de la pepa de níspero 49 g.2 Ensayos de adsorción 50 g.2.1 Establecimiento del tiempo de equilibrio 50 g.2.2 Efecto del ph sobre la adsorción 51 g.2.3 Efecto de la masa del adsorbente sobre la adsorción 53 g.3 Modelamiento cinético de los datos experimentales 54 Modelo de pseudo primer orden: 54 Modelo de pseudo segundo orden: 55 Modelo de difusión intraparticular: 56 g.4 Isotermas de adsorción de los iones con el biosorbente 56 g.4.1 Correlación de los datos experimentales con los modelos de isotermas 57

6 g.5. Conclusiones 58 H. REFERENCIALES 60 I. APÉNDICE 65 i.1 Rendimiento del biosorbente 65 i.2 Curvas de calibración de cobre y azul de metileno 65 i.3 Datos de los ensayos de adsorción 66 J. ANEXOS 68 J.1 Características físico-químicas de la pepa de níspero 68

7 B. RESUMEN - Se realizaron ensayos de adsorción del metal Cu(II) y el colorante azul de metileno (AM) con el biosorbente de pepa de níspero Mespilus communi tratado con NaOH 0,1 N. Este biosorbente tuvo buenas capacidades de adsorción de estos adsorbatos, presentando una mayor capacidad para el segundo. Se logró remover 42% de Cu(II) y 86% de AM desde 100 mg.l -1 de concentración inicial. El tratamiento previo NaOH 0,1N y las características físico-químicas del biosorbente influyeron en la adsorción: la macroporosidad y presencia de grupos ácidos y básicos y el contenido de lignina y pentosanos favorecieron la mayor capacidad de adsorción de AM frente al Cu(II). De los estudios cinéticos se determinó que el proceso de adsorción es muy rápido dentro de 2 h, y el equilibrio se logra en 4 h. Valores bajos de ph no favorecen la adsorción sobre todo de AM. Los valores más altos de adsorción se obtuvieron a un ph de 7,0 para AM y a ph de 5,0 para el Cu(II); del análisis, la adsorción ocurre probablemente por un mecanismo de intercambio iónico. El incremento de la masa de biosorbente provoca un aumento de la adsorción hasta un valor máximo a 1,0 g biosorbente/100 ml solución. Los datos cinéticos ajustaron bien con el modelo de pseudo segundo orden, indicando que ocurre una quimisorción. e intercambio iónico. Además, en el proceso de biosorción del Cu(II) contribuyen la fisisorción y la difusión intraparticular o transporte de masa. Los datos de adsorción del AM, tuvieron una buena correlación con el modelo de Langmuir, indicando que el proceso de adsorción se lleva a cabo en centros activos homogéneos, formando una monocapa con una qe max de 106,38 mg.g -1. En el caso del Cu(II) los datos de adsorción se correlacionaron mejor con la isoterma de Freundlich indicando el predominio de biosorción en multicapa sobre superficies con sitios de adsorción heterogéneos con una qe max de 38,54 mg.g -1.