Revista Polo del Conocimiento


Polo del Conocimiento

 

 

Capacidad de adsorcin de Diuron en medio acuoso utilizando carbn activado obtenido de la cscara de coco

 

Adsorption capacity of Diuron in aqueous medium using activated carbon obtained from coconut shell

 

Capacidade de adsoro do Diuron em meio aquoso utilizando carvo ativado obtido da casca de coco

Linda Mariuxi Flores-Fiallos II
linda.flores@espoch.edu.ec
https://orcid.org/0000-0003-4516-6963
Jessica Fernanda Snchez-Centeno I
savchez19@gmail.com
https://orcid.org/0000-0002-2723-9850
Marina Leonor-Bonilla III
marina.bonilla@espoch.edu.ec
https://orcid.org/0000-0003-2119-4126
Ivn Fernando Huacho-Chvez IV
ivan.huacho@espoch.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-3144-3379
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Correspondencia: [email protected]

 

 

Ciencias Tcnicas y Aplicadas

Artculo de Investigacin

* Recibido: 23 de abril de 2022 *Aceptado: 12 de mayo de 2022 * Publicado: 10 de junio de 2022

 

  1. Investigador externo, Ecuador.
  2. Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, Facultad de Ciencias, Ecuador.
  3. Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, Facultad de Ciencias Pecuarias, Ecuador.
  4. Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, Facultad de Mecnica, Ecuador.

Resumen

El propsito de este estudio fue remover diuron en medio acuoso mediante el uso de carbn activado. Se obtuvo el adsorbente por activacin qumica con cido fosfrico. El rea superficial fue determinada mediante un anlisis de ndice de yodo, con la ayuda de un espectrofotmetro infrarrojo se identificaron los grupos superficiales, los ensayos de adsorcin se realizaron con tres niveles de temperatura, pH y dosis de adsorbente; la concentracin residual del diuron fue determinada mediante el uso de un espectrofotmetro UV-VIS a una longitud de onda de 245 nm, el ndice de yodo fue de 637,85 mg I2/g el cual cumple con lo establecido por la norma INEN lo que indica que tiene una buena rea superficial, presenta un carcter cido debido a la presencia de grupos carboxlicos, anhdridos cidos, lactonas. Mediante los ensayos de adsorcin se determin que la mayor cantidad de adsorcin se obtiene a 35C a pH 5 con 0,166 g de carbn activado durante 120 minutos removiendo ms del 98% del herbicida. La adsorcin de diuron en medio acuoso sobre carbn activado es eficiente teniendo una capacidad de remocin mayor a 5 mg/g. se recomienda usar el carbn activado de la cscara de coco en el estudio de la adsorcin de otros herbicidas de fenilurea.

Palabras Clave: Carbn Activado; Diuron; Adsorcin.

 

Abstract

The objective of this study was to remove diuron in an aqueous medium using activated charcoal. The adsorbent was obtained by chemical activation with phosphoric acid. The surface area was determined using an iodine value, surface groups were identified with the help of an infrared spectrophotometer, the adsorption tests were carried out with three levels of temperature, pH and dose of adsorbent; the residual diuron concentration was determined using a UV -VIS spectrophotometer at a wavelength of 245 nm. The iodine index was 637.85 mg I2 /g which complies with the provisions of the INEN standard, which indicates that it has a good surface area, has an acid character due to the presence of carboxylic groups, acid anhydrides, lactones. Through adsorption tests it was determined that the highest amount of adsorption is obtained at 35 C at pH 5 with 0.166 g of activated carbon for 120 minutes, removing more than 98% of the herbicide. The adsorption of diuron in an aqueous medium on activated carbon is efficient, having a removal capacity greater than 5 mg / g. It is recommended to use activated charcoal from coconut shells in the study of the adsorption of other phenyl urea herbicides.

Keywords: Activate Carbon; Diuron; Adsorption.

 

Resumo

O objetivo deste estudo foi remover o diuron em meio aquoso utilizando carvo ativado. O adsorvente foi obtido por ativao qumica com cido fosfrico. A rea superficial foi determinada por uma anlise do ndice de iodo, com auxlio de um espectrofotmetro infravermelho os grupos de superfcie foram identificados, os testes de adsoro foram realizados com trs nveis de temperatura, pH e dose de adsorvente; a concentrao residual de diuron foi determinada usando um espectrofotmetro UV-VIS no comprimento de onda de 245 nm, o ndice de iodo foi de 637,85 mg I2/g o que est de acordo com as disposies da norma INEN, o que indica que tem uma boa rea de superfcie, tem um carter cido devido presena de grupos carboxlicos, anidridos cidos, lactonas. Atravs dos testes de adsoro, determinou-se que a maior quantidade de adsoro obtida a 35C em pH 5 com 0,166 g de carvo ativado por 120 minutos, removendo mais de 98% do herbicida. A adsoro do diuron em meio aquoso sobre carvo ativado eficiente, possuindo capacidade de remoo superior a 5 mg/g. recomenda-se o uso do carvo ativado da casca do coco no estudo da adsoro de outros herbicidas fenilureicos.

Palavras-chave: Carvo ativado; Diuron; Adsoro.

Introduccin

El uso de plaguicidas en la actividad agrcola para el control de plagas y vectores de enfermedades ha significado el incremento en la produccin de los cultivos (Snchez & Ortz, 2011, p.21), sin embargo, el uso desmedido y el manejo inadecuado ha provocado la acumulacin de estos agroqumicos causando daos tanto para la salud humana como para el medio ambiente (Kck,2014, p.17), debido a que por medio de las escorrentas son arrastrados y depositados en los cuerpos hdricos contaminando aguas subterrneas y superficiales (Secretara Nacional del Agua et al., 2016, p.41).

Segn datos del (INEC, 2014, p.15) en el Ecuador el 38,14% de productores hace uso de herbicidas como plaguicida principal seguido de un 33,63% de fungicidas, 21,69% de insecticidas y un 6,55% de otros productos. Asimismo, el (INEC, 2016, p. 17) report los herbicidas ms usados son de ligera toxicidad tanto en cultivos permanentes y transitorios con un 39,91 % y 36,41% respectivamente.

El diuron es un herbicida de urea sustituida (Al Bahri et al., 2012, p.349) usado para controlar una amplia gama de maleza de hoja ancha, musgos, no solo es usado con fines agrcolas sino tambin en reas no cultivadas como carreteras, senderos, lneas ferroviarias (Giacomazzi & Cochet 2004, p.1022). En el ecuador se usa el diuron principalmente en cultivos de banano, caa de azcar, maz y pia (Naranjo, 2017, pp. 131-139).

La preocupacin de la recuperar las aguas contaminadas con este herbicida debido a que est clasificado un plaguicida altamente peligroso debido a su toxicidad para el medio ambiente ha hecho que se desarrollen metodologas para la recuperacin de estos ecosistemas, una de las alternativas ms viables y econmicas es el uso de carbn activado como adsorbente (Al Bahri et al.,2012, p. 349).

El carbn activado es un material carbonoso que ha sido sometido a un tratamiento fsico o qumico con el fin de incrementar la porosidad, superficie interna y el contenido superficial de grupos qumicos como el oxgeno y el nitrgeno que le confieren gran capacidad de adsorcin de algunas molculas consideradas contaminantes (Sols et al., 2012, p. 37).

 

Materiales y mtodos

Materiales:

Para este proceso se emplearon los siguientes materiales: se usaron muestras de 20 gramos de cscara de coco que se impregnaron con cido fosfrico al 85% en peso 7,7.M en una relacin activante / precursor de 1,725; se mantuvo durante 2 horas a 85C, despus de este tiempo, las muestras se secaron toda la noche a 110C.

Una vez finalizada la impregnacin, las muestras fueron carbonizadas en un reactor de pirlisis a una temperatura de 416C durante 19,5 minutos en atmosfera inerte. Posteriormente, el carbn activado obtenido fue sometido a varios lavados con agua destilada caliente (80 -90 C) para eliminar el cido, aproximadamente se realizaron 8 lavados, luego se lav con una solucin de NaOH 0,1 M y un ltimo lavado con agua destilada. Finalmente se secaron los carbones activados a una temperatura de 110C durante toda la noche. Las condiciones fueron elegidas en base al estudio realizado por Gratuito et al. (2008) donde determin las condiciones ideales para obtener el carbn activado a partir de la cscara de coco.

Mtodos de anlisis:

Contenido de Humedad

En un crisol previamente tarado se pes 1 gramo de carbn activado, se llev a una mufla precalentada a 145 -150C durante 3 horas, la muestra fue llevada a un desecador hasta alcanzar la temperatura ambiente, se pes y registro el valor. El procedimiento se repiti hasta obtener un peso constante.

 

Contenido de Ceniza

Para determinar el contenido de cenizas se utiliza las muestras libres de humedad y materia voltil, se introdujo las muestras en una mufla a 650 C durante 3 horas. Se sac y llev a un desecador hasta que alcanz la temperatura ambiente, posteriormente, se procedi a pesar y registrar el valor, se repiti el procedimiento hasta obtener un valor constante.

ndice de Yodo

El ndice de yodo es uno de los mtodos empleados para determinar la capacidad de adsorcin que posee un carbn activado (Asimbaya et al., 2015), el ndice o nmero de yodo es el resultado de los miligramos de yodo adsorbidos por un gramo de carbn, la norma INEN (1991:1994, 1995) establece que el carbn activado de uso industrial debe tener como mnimo un ndice de yodo de 600mgI2/g carbn.

pH

Se pes 1 gramo de carbn activado en un vaso de 250 ml y se adicion 20 ml de agua destilada y se dej en agitacin constante durante 24 horas a temperatura ambiente, pasado este tiempo se procedi a medir el pH con la ayuda de un pH-metro Thermo Scientific.

 

Espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier

Los grupos funcionales presentes en la superficie tanto de la materia prima como del carbn activado obtenido fueron identificaron mediante un espectrofotmetro infrarrojo FT/IR-4100 Jasco, en un rango de numero de ondas comprendidas entre 550 hasta 4000 cm−1

 

 

 

Resultados y discusin

La obtencin del carbn activado en condiciones ptimas de relacin de impregnacin, temperatura y tiempo de calcinacin de 1,725, 416 C y 19,5 minutos respectivamente, dio un rendimiento del 52,55% el cual es similar al obtenido en el estudio de Gratuito et al. (2008) quienes obtuvieron un rendimiento de 51,59 % con desarrollo de mesoporos, este rendimiento es ideal en la obtencin de carbn activado mediante activacin qumica ya que este mtodo suele tener rendimientos menores a la activacin fsica.

Los resultados del anlisis prximo del carbn activado obtenido del endocarpio de coco se presentan en la tabla 1, donde se muestra el contenido de humedad, materia voltil, cenizas y carbn fijo del adsorbente.

 

Tabla 1: Resultados del anlisis prximo del carbn activado

Anlisis prximo

Porcentaje (%)

Contenido de humedad

9,66

Contenido de materia voltil

10,58

Contenido de cenizas

5,32

Contenido de carbn fijo

84,10

Realizado por: Los Autores., 2021

 

Los valores obtenidos en el anlisis del contenido de humedad y cenizas son bajos, adems se encuentran dentro del rango establecido por la Norma INEN (1991:1994, 1995) para el carbn activado de uso industrial que especifica que para el carbn activado en polvo el lmite mximo para los dos parmetros es 12 %, el contenido de carbn fijo es alto lo que es ideal ya que indica que hay poca cantidad de impurezas presentes en el material adsorbente y por lo tanto la cantidad de carbn efectivo es mayor. El ndice de yodo obtuvo un valor de 637,85 mg I2/g carbn.

A continuacin, se presenta el espectro IR del carbn activado obtenido por activacin de cido fosfrico.

 

 

 

 

Figura 1: Espectro Infrarrojo del carbn activado obtenido del endocarpio de coco

Realizado por: Los Autores., 2021

 

La banda que se presenta a 3374,82 cm-1 indica la presencia del enlace (O-H), las bandas presentes a 2924,52 y 2854,13 cm-1 corresponden a los estiramientos vibracionales simtricos y asimtricos de los grupos (C-H) de las cadenas alifticas, la banda presente en 1040,41 cm-1 corresponde al estiramiento asimtrico de los enlaces simples de (C-O), la banda presente a 1746,23 cm-1 corresponde a los estiramientos vibracionales (C=O) de los grupos carbonilo y carboxlico.

Para determinar las mejores condiciones de temperatura (A), pH (B) y dosis del adsorbente (C) en las cuales se obtiene la mayor cantidad de adsorcin del herbicida se llev a cabo los 27 tratamientos con 3 repeticiones cada una en los cuales se encuentran todas las combinaciones posibles de cada uno de los niveles de los factores en estudio. A continuacin, se presenta los resultados de la concentracin residual promedio de diuron en medio acuoso, como se observa en la tabla 2.

 

Tabla 2: Resultados de los tratamientos realizados en la adsorcin de Diuron

 

 

 

# Trat.

 

 

 

A (C)

 

 

 

 

B

 

 

 

C (g)

Concentracin residual (mg/L) promedio de Diuron a diferentes tiempos

30 min

60 min

90 min

120 min

150 min

180 min

210 min

1

25

5

0,17

1,416

1,359

1,155

0,984

0,870

0,574

0,115

2

25

5

0,33

1,249

1,173

1,100

0,963

0,845

0,556

0,083

3

25

5

0,50

1,384

1,292

1,232

1,095

0,899

0,588

0,084

4

25

7

0,17

1,581

1,460

1,276

1,146

1,082

0,768

0,539

5

25

7

0,33

2,245

2,109

1,995

1,750

1,506

0,878

0,678

6

25

7

0,50

2,758

2,325

1,882

1,680

1,359

1,172

1,013

7

25

9

0,17

2,664

2,124

1,560

1,352

1,327

1,280

1,235

8

25

9

0,33

3,390

3,096

2,741

2,123

1,527

1,339

1,299

9

25

9

0,50

3,915

3,381

3,251

2,718

2,002

1,794

1,519

10

35

5

0,17

0,992

0,857

0,574

0,141

0,107

0,100

0,094

11

35

5

0,33

0,928

0,636

0,555

0,040

0,027

0,024

0,022

12

35

5

0,50

0,899

0,541

0,480

0,086

0,039

0,031

0,028

13

35

7

0,17

1,676

0,739

0,652

0,099

0,088

0,084

0,082

14

35

7

0,33

1,656

1,085

0,929

0,178

0,146

0,143

0,138

15

35

7

0,50

2,127

1,323

1,002

0,188

0,164

0,157

0,142

16

35

9

0,17

2,029

1,037

0,956

0,442

0,410

0,384

0,370

17

35

9

0,33

1,971

1,323

0,980

0,501

0,492

0,485

0,467

18

35

9

0,50

2,205

1,905

1,123

0,579

0,561

0,525

0,515

19

45

5

0,17

0,675

0,658

0,421

0,279

0,258

0,244

0,230

20

45

5

0,33

0,397

0,372

0,334

0,311

0,261

0,247

0,224

21

45

5

0,50

0,553

0,524

0,472

0,358

0,336

0,303

0,295

22

45

7

0,17

0,809

0,677

0,659

0,561

0,543

0,536

0,524

23

45

7

0,33

1,443

1,415

1,404

1,181

1,124

1,001

0,980

24

45

7

0,50

1,386

1,375

1,339

1,228

1,094

1,020

0,943

25

45

9

0,17

1,155

0,936

0,816

0,706

0,690

0,572

0,570

26

45

9

0,33

1,816

1,629

1,556

1,141

1,126

1,045

0,930

27

45

9

0,50

2,003

1,846

1,711

1,603

1,549

1,394

1,138

Realizado por: Los autores.,2020

 

En el grfico 2 se observa que en los primeros 30 minutos la adsorcin se da con mayor eficiencia a 45 C lo que indica que a mayor temperatura incrementa su capacidad de adsorcin sin embargo despus de este tiempo la adsorcin a esta temperatura no incrementa de manera significativa en cambio a una temperatura de 35 C se puede observar que a los primeros 30 minutos tiene una adsorcin similar a 45C con una diferencia no mayor al 5 % y a medida que pasa el tiempo el porcentaje de adsorcin incrementa hasta alcanzar el equilibrio a los 120 minutos removiendo ms del 97% del herbicida, a 25C se reportan los valores ms bajos de adsorcin.

Grfico 2: Adsorcin de Diuron en funcin del tiempo a diferentes temperaturas

Realizado por: Los autores.,2021

 

En el grfico 1-3 se observa que en los primeros 30 minutos la adsorcin se da con mayor eficiencia a 45 C lo que indica que a mayor temperatura incrementa su capacidad de adsorcin sin embargo despus de este tiempo la adsorcin a esta temperatura no incrementa de manera significativa en cambio a una temperatura de 35 C se puede observar que a los primeros 30 minutos tiene una adsorcin similar a 45C con una diferencia no mayor al 5 % y a medida que pasa el tiempo el porcentaje de adsorcin incrementa hasta alcanzar el equilibrio a los 120 minutos removiendo ms del 97% del herbicida, a 25C se reportan los valores ms bajos de adsorcin.

Para identificar el pH al cual se da la mayor adsorcin de Diuron se realiz la experimentacin con tres niveles de pH (5,7 y 9 unidades), los valores obtenidos en la adsorcin se reportan a continuacin.

 

 

Grfico 3: Adsorcin de Diuron en funcin del tiempo a diferentes valores de pH

Realizado por: Los autores.,2021

 

En la grfica 3 se muestra el comportamiento de la adsorcin del herbicida en cada uno de los niveles de pH estudiados, se observa que a pH ms cido la adsorcin se da con mayor eficiencia, es decir que a medida que se incrementa el pH la capacidad de adsorcin disminuye, en este estudio se obtuvo la adsorcin mxima del 98% a pH 5 esto puede ser debido al pH cido que presenta el carbn activado ya que la adsorcin es ms eficiente cuando se trabaja en un pH igual o similar al que posee el adsorbente y la solucin en la que acta.

Despus de haber analizado el comportamiento de la temperatura, pH y la dosis de carbn activado en la adsorcin de Diuron se realiz un anlisis de varianza (ANOVA) para identificar el efecto que tienen en el proceso de adsorcin y la interaccin entre las variables.

 

Tabla 3: Anlisis de varianza (ANOVA) para el porcentaje de adsorcin de Diuron

Realizado por: Los autores.,2021

Se analiz las variables individuales y sus interacciones mediante el anlisis ANOVA como se muestra en la tabla 3 se obtuvo valores de p < 0,05 en todos los casos, lo que indica que tanto las variables individuales como cada una de sus interacciones influyen en la adsorcin de diuron usando carbn activado, la temperatura es el factor ms influyente en el proceso de adsorcin seguido del pH y la dosis, la interaccin ms influyente pH-dosis del carbn activado seguido de la interaccin temperatura-pH y con menor efecto se encuentra la interaccin temperatura-dosis, finalmente, se observa que la interaccin entre las tres variables es baja en comparacin a las anteriores, esto se puede observar de mejor manera en el diagrama de Pareto que se presenta a continuacin.

Grfico 4: Diagrama de Pareto para las interacciones entre cada variable

Realizado por: Los autores.,2021

 

En el grfico 4 se muestra el efecto de las variables y sus interacciones sobre la adsorcin de Diuron con el carbn activado por medio del diagrama de Pareto de efectos estandarizados , la lnea horizontal corresponde al margen de error es decir al valor de distribucin t el cual es sobrepasado por todas las variables y cada una de las interacciones lo que indica que todos son significativas, as la variable que ms influye en la adsorcin es la temperatura, seguida por el pH y la dosis, en el grafico se puede observar que las variables tienen mayor efecto en la adsorcin cuando actan de manera individual, las interacciones si influencian en el proceso de remocin de Diuron sin embargo su efecto es bajo en comparacin al ser analizados individualmente, se puede decir que la temperatura es la variable que tiene ms influencia en el proceso de adsorcin de Diuron en medio acuoso.

De acuerdo con el comportamiento de las curvas se determina que las condiciones ideales para la adsorcin de Diuron usando carbn activado obtenido del endocarpio de coco se obtiene al utilizar una temperatura de 35 C en una solucin de pH 5 con una dosis de adsorbente de 0,166 g obteniendo una remocin mayor al 98 % en un tiempo de 120 minutos.

 

Tabla 4: Resumen del porcentaje de adsorcin para Diuron en diferentes tipos de carbn activado

Realizado por: Los autores.,2021

 

Se puede observar que los diferentes tipos de carbn activado son eficientes en la adsorcin de Diuron removiendo casi la totalidad del herbicida presente en solucin acuosa, la capacidad del adsorbente aumenta con la cantidad de solucin en la que acta, tambin se ha visto que a mayor concentracin inicial el tiempo de equilibrio es menor, el dimetro del carbn activado tambin influye en la capacidad de adsorcin a menor dimetro de la partcula se tiene mayor rea superficial por lo tanto la adsorcin es ms eficiente.

Discusin

Se obtuvo carbn activado usando como precursor la cscara de coco en condiciones ptimas reportadas en un estudio, se obtuvo un rendimiento del 53% usando la tcnica de activacin qumica. La caracterizacin del carbn activado dio buenos resultados ya que el contenido de humedad y cenizas fueron bajos, cumpliendo as con los requisitos para carbones activados de uso industrial. Tambin se determin que la capacidad de adsorcin es muy buena mediante el anlisis del ndice de yodo el cual dio un valor mayor a 600 mg I2/g de carbn, mediante un anlisis FT/IR se pudo identificar que la superficie del adsorbente contena grupos cidos lo cual se corrobor con el pH de la solucin de carbn activado Mediante la experimentacin se pudo determinar las mejores condiciones en las cuales se obtiene la mayor eficiencia de adsorcin de Diuron en medio acuoso, la temperatura ideal es de 35 C con una solucin a pH 5 y usando una dosis de 0,166 de carbn activado, condiciones que en un tiempo de 120 minutos removi ms del 98 % del herbicida. La capacidad mxima de adsorcin es de 5,32 mg de Diuron/ g de carbn activado lo que indica que el carbn activado obtenido de la cscara de coco mediante activacin qumica es eficiente en la adsorcin del herbicida ya que remueve casi en su totalidad. Mediante el anlisis comparativo de los resultados de adsorcin con otros estudios se puede indicar que la capacidad de adsorcin aumenta con el volumen y la concentracin inicial de la solucin.

 

Referencias

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