Utilización del residuo agrícola tusa de maíz en la descontaminación de aguas con metales pesados (Pb 2+)

La remoción de metales pesados en diversas matrices es crucial para proteger la salud humana y el medio ambiente, ya que son tóxicos, bioacumulativos y dañan ecosistemas. Los métodos actuales, como la adsorción y la filtración, enfrentan retos como altos costos, eficiencia limitada en bajas concentr...

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Autores:
Fernández Langs, Jack Steven
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2025
Institución:
Universidad de Córdoba
Repositorio:
Repositorio Institucional Unicórdoba
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.unicordoba.edu.co:ucordoba/9014
Acceso en línea:
https://repositorio.unicordoba.edu.co/handle/ucordoba/9014
https://repositorio.unicordoba.edu.co/
Palabra clave:
Biochar
Adsorción
Metales pesados
Pb 2+
Cinética
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Adsorption
Metal contaminants
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Copyright Universidad de Córdoba, 2025
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description La remoción de metales pesados en diversas matrices es crucial para proteger la salud humana y el medio ambiente, ya que son tóxicos, bioacumulativos y dañan ecosistemas. Los métodos actuales, como la adsorción y la filtración, enfrentan retos como altos costos, eficiencia limitada en bajas concentraciones y sostenibilidad. El uso de materiales adsorbentes de bajo costo, como carbón activado derivado de residuos agrícolas, ofrece soluciones prometedoras. Las regulaciones estrictas y la falta de acceso en regiones desfavorecidas son desafíos importantes. Con base en el argumento anterior, en este trabajo, se determinó la capacidad de adsorción de Pb2+ usando tusa de maíz como un agro-residuo sostenible. Para lo cual se prepararon tres muestras de agua contaminadas con Pb2+ preparadas a un pH óptimo, a las cual se les adicionó una dosis de adsorbente (matriz de biochar), previa optimización del mismo con solución acuosa de NaCl al 10% en peso. Todo lo anterior se hizo a una temperatura de 24.6°C y un tiempo de contacto de 1 h. Posteriormente se varió el tiempo de contacto de las muestras problemas de Biochar y se determinó la concentración y el porcentaje de adsorción de Pb2+ usando la técnica de adsorción atómica, cada 10 minutos durante 1 h. Como resultado se obtuvo un máximo de remoción a un pH 5.2, dosis de adsorbente: 0.70 g y concentración de Pb2+ 10 mg/L. Los datos experimentales de la razón del tiempo de contacto, respecto a la cantidad de metal (Pb2+) adsorbido por gramo de adsorbente en un tiempo específico (t/q_t) vs t se ajustaron cinéticamente a una ecuación pseudo-segundo orden. Mientras que los datos experimentales de la razón de la capacidad de adsorción en equilibrio de Pb2+ respecto a la cantidad de materia (Pb2+) removida por unidad de masa en el equilibrio del Pb2+ ( C_e/q_e ) vs C_e fueron mejormente descritos con el modelo Langmuir. Finalmente, se puede concluir que la tusa de maíz tratada demostró ser un adsorbente efectivo para la remoción de Pb2+ por cuanto alcanzó un porcentaje de más del 99% y que la capacidad de adsorción en equilibrio fue mejor descrita por el modelo de Langmuir, sugiriendo que la adsorción ocurre en monocapa en sitios homogéneos del adsorbente.
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spelling Pérez Sotelo, Dairo Enriqueb70d2644-510b-4ad9-9ccf-32a6269b0c35600Páez Meza, Manuel Silvestre76171534-4c84-4665-9a33-54d8385c4c05600Fernández Langs, Jack Steven600cd6e5-10f2-40e0-816c-dd57d69d0448-1Barrera Vargas, Mariof4965e95-5773-4848-97b2-d495c8f7d74d600Díaz Ponguta, Basilio29210cfb-462d-4fbb-a206-a31b1bd25b976002025-02-05T19:28:18Z2026-02-042025-02-05T19:28:18Z2025-02-05https://repositorio.unicordoba.edu.co/handle/ucordoba/9014Universidad de CórdobaRepositorio Universidad de Córdobahttps://repositorio.unicordoba.edu.co/La remoción de metales pesados en diversas matrices es crucial para proteger la salud humana y el medio ambiente, ya que son tóxicos, bioacumulativos y dañan ecosistemas. Los métodos actuales, como la adsorción y la filtración, enfrentan retos como altos costos, eficiencia limitada en bajas concentraciones y sostenibilidad. El uso de materiales adsorbentes de bajo costo, como carbón activado derivado de residuos agrícolas, ofrece soluciones prometedoras. Las regulaciones estrictas y la falta de acceso en regiones desfavorecidas son desafíos importantes. Con base en el argumento anterior, en este trabajo, se determinó la capacidad de adsorción de Pb2+ usando tusa de maíz como un agro-residuo sostenible. Para lo cual se prepararon tres muestras de agua contaminadas con Pb2+ preparadas a un pH óptimo, a las cual se les adicionó una dosis de adsorbente (matriz de biochar), previa optimización del mismo con solución acuosa de NaCl al 10% en peso. Todo lo anterior se hizo a una temperatura de 24.6°C y un tiempo de contacto de 1 h. Posteriormente se varió el tiempo de contacto de las muestras problemas de Biochar y se determinó la concentración y el porcentaje de adsorción de Pb2+ usando la técnica de adsorción atómica, cada 10 minutos durante 1 h. Como resultado se obtuvo un máximo de remoción a un pH 5.2, dosis de adsorbente: 0.70 g y concentración de Pb2+ 10 mg/L. Los datos experimentales de la razón del tiempo de contacto, respecto a la cantidad de metal (Pb2+) adsorbido por gramo de adsorbente en un tiempo específico (t/q_t) vs t se ajustaron cinéticamente a una ecuación pseudo-segundo orden. Mientras que los datos experimentales de la razón de la capacidad de adsorción en equilibrio de Pb2+ respecto a la cantidad de materia (Pb2+) removida por unidad de masa en el equilibrio del Pb2+ ( C_e/q_e ) vs C_e fueron mejormente descritos con el modelo Langmuir. Finalmente, se puede concluir que la tusa de maíz tratada demostró ser un adsorbente efectivo para la remoción de Pb2+ por cuanto alcanzó un porcentaje de más del 99% y que la capacidad de adsorción en equilibrio fue mejor descrita por el modelo de Langmuir, sugiriendo que la adsorción ocurre en monocapa en sitios homogéneos del adsorbente.The removal of heavy metals in various matrices is crucial to protect human health and the environment, as they are toxic, bioaccumulative and damage ecosystems. Current methods, such as adsorption and filtration, face challenges such as high costs, limited efficiency at low concentrations and sustainability. The use of low-cost adsorbent materials, such as activated carbon derived from agricultural waste, offers promising solutions. Strict regulations and lack of access in disadvantaged regions are major challenges. Based on the above argument, in this work, the adsorption capacity of Pb2+ was determined using corn stover as a sustainable agro-residue. For this purpose, three water samples contaminated with Pb2+ were prepared at an optimized pH, to which a dose of adsorbent (biochar matrix) was added, after optimization with a 10% NaCl aqueous solution by weight. All of the above was done at a temperature of 24.6°C and a contact time of 1 h. Subsequently, the contact time of the Biochar problem samples was varied and the concentration and percentage of Pb2+ adsorption was determined using the atomic adsorption technique, every 10 min for 1 h. As a result, a maximum removal rate was obtained at pH 5.2, adsorbent dosage: 0.70 g and Pb2+ concentration 10 mg/L. The experimental data of the ratio of contact time, with respect to the amount of metal (Pb2+) adsorbed per gram of adsorbent at a specific time (t/q_t) vs t were kinetically fitted to a pseudo-second order equation. While the experimental data of the ratio of the equilibrium adsorption capacity of Pb2+ to the amount of matter (Pb2+) removed per unit mass at Pb2+ equilibrium ( C_e/q_e ) vs C_e were best described with the Langmuir model. Finally, it can be concluded that the treated corn stover proved to be an effective adsorbent for Pb2+ removal as it reached a percentage of more than 99% and that the equilibrium adsorption capacity was better described by the Langmuir model, suggesting that adsorption occurs in monolayer at homogeneous sites of the adsorbent.RESUMEN1. INTRODUCCIÓN2. OBJETIVOS2.1. Objetivo GeneralABSTRACT2.2. Objetivos Específicos3. MARCO TEÓRICO3.1. Carbón3.2. Carbón vegetal3.3. Carbón activado3.3.1. Proceso de fabricación del carbón activado3.3.1.1. Materias primas3.3.1.2. Carbonización3.3.1.2.1. Activación química3.3.1.2.2. Activación física3.4. Estructura del carbón activado3.5. Proceso de adsorción en carbones activados3.6. Isotermas de adsorción3.7. Espectrometría atómica3.8. Metales pesados3.8.1. Plomo4. METODOLOGÍA4.1. Obtención de la materia prima4.2. Preparación del carbón activado4.2.1. Impregnación y activación4.2.2. Lavado4.2.3. Secado4.3. Caracterización del biochar activado4.4. Experimentos de adsorción4.4.1. Preparación de soluciones de Pb 2+4.4.2. Ajuste de pH de las soluciones de Pb 2+4.4.3. Tiempo de contacto4.4.4. Remoción de Pb 2+ a diferentes concentraciones4.5. Cinética de adsorción4.5.1. Pseudo-primer orden4.5.2. Pseudo-segundo orden4.6. Analisis estadístico5. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS5.1. Análisis de contenido de humedad, material volátil y cenizas del biochar5.2. Caracterización del biochar activado5.3. Propagación de incertidumbres en la concentración del equilibrio para la cantidad de Pb 2+ adsorbida en el equilibrio, Δqe5.4. Efecto de la dosis de adsorbente5.5. Efecto del pH de solución sobre la adsorción5.6. Efecto del tiempo de contacto5.7. Cinética de adsorción5.7.1. Modelo Pseudo-primer orden5.7.2. Modelo Pseudo-segundo orden5.8. Isotermas de adsorción6. CONCLUSIONES7. RECOMENDACIONES8. LISTA DE REFERENCIA O BIBLIOGRAFÍAPregradoQuímico(a)Trabajos de Investigación y/o Extensiónapplication/pdfspaUniversidad de CórdobaFacultad de Ciencias BásicasMontería, Córdoba, ColombiaQuímicaCopyright Universidad de Córdoba, 2025https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)info:eu-repo/semantics/embargoedAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_f1cfUtilización del residuo agrícola tusa de maíz en la descontaminación de aguas con metales pesados (Pb 2+)Trabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionText[1] Karim, BA, Mahmood, G., Hasija, M., Meena, B. y Sheikh, S. (2024). 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