Evaluación del adsorbente sintetizado con nanopartículas de hierro y soportados en celulosa de Moringa oleifera Lam., en el proceso de adsorción de As(V), Cd(II) y Pb(II) en solución acuosa

Abstract

Heavy metals and metalloids were among the main pollutants that affected various water bodies around the world, producing effects on human’s health and the environment. Adsorption has been one of the most important methods by removing metal ions in an aqueous solution, so the use of natural resources like cellulose, which has been important in the development of new adsorbents for water treatment. However, those materials were not effective for the removal by specified pollutants due to their hydrophobic nature, so new materials have improved with chemical treatments (non-toxic) and low costs to obtain selectivity. In the present work, the synthesis of a new hybrid adsorbent and its adsorption capacity were studied. The adsorbent was synthesized by combining iron nanoparticles and cellulose nanofibers (NCRI-M-7) by coprecipitación and green chemistry methods. Cellulose nanofibers (NCRI) were obtained from Moringa (Moringa oleifera Lam.) Employing a kraft pulping process, acid hydrolysis, and ultrasonic methods. Therefore, the adsorption of As (V), Cd (II), and Pb (II) with NCRI-M-7 from aqueous solutions in batch systems were investigated. The adsorption experimental results were adjusted to some of the proposed mathematical models and are used to describe the adsorption kinetics and equilibrium, all to identify the dominant mechanisms and obtain their thermodynamic parameters. The results showed effective removal (As, Cd, and Pb) in the kinetics reaching the adsorption equilibrium at 420 minutes.

Los metales pesados y los metaloides forman parte de los principales contaminantes que afectan diversos cuerpos de agua alrededor del mundo, produciendo fuertes efectos nocivos a la salud y al ambiente. La adsorción es uno de los métodos más importantes para remoción de diversos iones en solución acuosa, en este contexto el aprovechamiento de recursos naturales con alto contenido de celulosa es de gran importancia en el desarrollo de nuevos adsorbentes para el tratamiento de agua. Sin embargo, en la mayoría de los casos estos materiales no son eficaces para la remoción de algunos contaminantes por su naturaleza hidrofóbica, por lo que se tiene que mejorar con retratamientos químicos (no tóxicos y rentables) para obtener una mejor selectividad. En el presente trabajo se estudió la síntesis de un nuevo adsorbente híbrido y su capacidad de adsorción. El adsorbente se sintetizó mediante la combinación de nanopartículas de hierro y nanofibras de celulosa (NCRI-M-7) por el método coprecipitación y química verde. Las nanofibras de celulosa (NCRI) se obtuvieron a partir de Moringa (Moringa oleifera Lam.) mediante un proceso de pulpeo Kraft, hidrólisis ácida y métodos ultrasónicos. Por lo tanto, se investigó la adsorción de As (V), Cd (II) y Pb (II) con NCRI-M-7 a partir de soluciones acuosas en sistemas discontinuos. Se ajustaron los resultados experimentales de adsorción a algunos de los modelos matemáticospropuestos y se utilizan para describir la cinética y el equilibrio de adsorción, todo ello con el propósito de identificar los mecanismos dominantes y obtener sus parámetros termodinámicos. Los resultados mostraron una efectiva remoción de As, Cd y Pb en las cinéticas llegando al equilibrio de adsorción a los 420 minutos.