Comportamiento químico y simulación numérica del Cr(VI) en sorbentes porosos de origen natural: caña de maíz y bagaso de agave en sistemas estáticos y dinámicos

Abstract

La contaminación de agua potable, subterránea o superficial; es un problema que requiere la búsqueda de soluciones, ya que el agua contaminada no es apta para su uso y consumo humano, si a ello se a una la escasez cada vez mayor de este recurso natural, queda claro que los esfuerzos por mejorar la calidad del agua disponible son de gran valor. Dentro de los contaminantes que requieren atención, se encuentran los metales pesados; debido a la toxicidad que presentan en la mayoría de los casos. La contaminación de cromo hexavalente [Cr(VI)], en agua subterránea, es un problema de gran impacto ambiental que requiere de una remediación urgente, debido a las propiedades toxicológicas que presenta el cromo en su estado de oxidación hexavalente, la ingestión y exposición a este metal puede provocar diversos síntomas en las personas, el Cr(VI) es carcinógeno. En esta investigación se presentan los resultados obtenidos al evaluar la capacidad máxima de remoción de Cr(VI) en solución, utilizando dos sorbentes de origen natural: caña de maíz y bagazo de agave (materiales muy económicos e incluso llegados a considerarse como desechos), determinando en principio sus propiedades fisicoquímicas, mediante las técnicas de MEB—LV, DRX, ATG y FTIR y sus propiedades de superficie a través de conocer parámetros como Área Superficial Específica, Densidad de Sitios Activos, Punto de Carga Cero y Cinética de Hidratación, encontrando que se trata de materiales de superficies heterogéneas compuestos principalmente de celulosa. El valor máximo de sorción de Cr(Vl) en los biosorbentes se obtuvo evaluando el efecto de parámetros como tiempo, pH, concentración y dosis del biosorbente, mediante procesos por lotes, obteniendo un valor de 14.56 mg/ g y 9.99 mg/ g para la caña de maíz y bagazo de agave, respectivamente. El modelo que mejor describió la cinética de sorción en ambos casos fue el modelo de pseudo segundo orden, de acuerdo con el coeficiente de correlación (R2=0.99) en ambos casos. El comportamiento de la sorción del Cr(VI)sobre los biosorbentes de origen natural: caña de maíz y bagazo de agave lo describe la isoterma de Freundlich, lo que indico que se trata de materiales de superficie heterogénea (R2=0.96 y 0.97), respectivamente. Se evaluó la capacidad de sorción/desorción de Cr(VI) en solución empleando la biomasa no viva de caña de maíz en condiciones dinámicas utilizando columnas de vidrio en flujo vertical y flujo horizontal. Los datos experimentales se ajustaron al Modelo de Thomas. Por otra parte, se realizó la simulación numérica del transporte del Cr(VI) a través del biosorbente de caña de maíz, mediante el software COMSOL multiphysics considerando al material como un medio poroso saturado. Los resultados de la simulación fueron comparados con los experimentales y se observó un buen ajuste entre ambos, por lo que se concluyó que el modelo establecido es apropiado para predecir el comportamiento de este tipo de sistemas.