Remoción de cadmio en solución acuosa a partir de nanofibras de celulosa obtenidas de lirio acuático

Abstract

The water lily is abundant in the surface water bodies of Mexico. It is a robust and invasive plant that obstructs irrigation canals, impairs fishing access, and affects species and biodiversity. Although, in a certain way, it is a lignocellulosic compound that can be used as an adsorbent for metals in water. The present work aims to evaluate the capacity of cellulose nanofibers (NFC) obtained from water lily (Eichhornia crassipes) for cadmium ion adsorption in a batch system. Eichhornia crassipes biomass from Cuitzeo Lake was used to carry out batch adsorption experiments. The biomass was washed, manually defibrated, and brought to Kraft pulping to extract the cellulose. After obtaining it, the cellulose was subjected to mechanical fibrillation with liquid nitrogen to obtain the NFCs. A series of characterization studies were carried out by scanning electron microscopy (SEM) and infrared spectroscopy (FTIR) to study the surface, physical and chemical morphology. In addition, the cadmium adsorption capacity of NFCs was determined by adsorption isotherms, as well as adsorption kinetics and the effect of pH and temperature on the removal process. The results of adsorption isotherms at different temperatures (25 ° C, 30 ° C, and 40 ° C) showed that NFCs have a maximum adsorption capacity of 36 mg/g at 30 ° C at a pH of 6. Likewise, the experimental kinetic results were adjusted to the empirical mathematical models showing that the Pseudo-second order model best described the adsorption system.

El lirio acuático es abundante en los cuerpos de agua superficiales de México. Es una planta robusta e invasora que obstruye los canales de riego, perjudicando el acceso a la pesca, afectando las especies y la biodiversidad. Aunque, de cierta forma, es un compuesto lignocelulósico que puede ser utilizado como adsorbente de metales en el agua. El presente trabajo tiene como propósito evaluar la capacidad de las nanofibras de celulosa (NFC) obtenidas del lirio acuático (Eichhornia crassipes) para la adsorción de cadmio en un sistema por lotes. Para llevar a cabo lo anterior, se utilizó biomasa de Eichhornia crassipes proveniente del lago de Cuitzeo, en el estado de Michoacán. La biomasa se lavó, se desfibró manualmente y se llevó a una cocción tipo Kraft para la extracción de la celulosa; después de su obtención, la celulosa se sometió a una fibrilación mecánica con nitrógeno líquido para la obtención de las NFC. Se realizaron estudios de caracterización por microscopía electrónica de barrido (MEB) y espectroscopía infrarrojo (FTIR), con la finalidad de estudiar la morfología de superficie, física y química. Además, se evaluó la capacidad de adsorción de cadmio de las NFC mediante isotermas de adsorción, así como el estudio de la cinética de adsorción y el efecto que tienen parámetros como el pH y la temperatura sobre el proceso de remoción. Los resultados de isotermas a diferentes temperaturas (25°C, 30 °C, y 40°C) demostraron que las NFC presentan una capacidad máxima de adsorción de 36 mg/g, a 30°C y un pH de 6. Asimismo, los resultados experimentales de cinética se ajustaron a los modelos matemáticos empíricos, siendo el modelo de Pseudo-segundo orden el que mejor describe el sistema.