Desenvolupament de sensors de flux destinats a la monitorització del bescanvi iònic en processos de biosorció de metalls pesants

Abstract

La presència de metalls pesants provinents de diferents tipus d'indústries en els sistemes hídrics d'arreu és una qüestió mediambiental molt greu perquè afecta directament al ecosistemes fluvials i als éssers vius que hi interactuen incloses les persones. Actualment, existeixen mètodes que permeten eliminar aquests metalls dels efluents, però la major part resulten cars. En aquest projecte, s'estudia una alternativa pel tractament d'aigua dels rius i aqüífers amb un procés de biosorció. Aquesta proposta, si fos realment efectiva, resultaria molt econòmica perquè empra restes vegetals com a element adsorbent. Concretament, en aquest estudi s'usa rapa de raïm. En relació al procés de biosorció, el projecte demostra que durant el procés de retenció del metall pesant, en aquest cas el catió coure(II), s'allibera l'ió calci(II) i protons. La presència d'aquests dels cations metàl·lics és mesurada amb elèctrodes selectius d'ions (ISE), l’element essencial dels quals són les seves membranes. En aquest projecte s’ha sintetitzat una membrana selectiva al calci que compleix amb els requeriments necessaris per realitzar un bon estudi. Entre tots ells destaquen mostrar un correcte funcionament dins del rang de concentracions dels metalls (de 0,01 mM a 10 mM) en les dissolucions d'estudi, una bona sensibilitat i selectivitat suficient, és a dir, que sigui capaç de diferenciar el catió calci del catió coure a un nivell adequat. Els elèctrodes són fabricats en tres configuracions diferents per les diverses etapes de l’experiments. Malgrat ser verificats els requisits, no és possible demostrar relacions evidents dels resultats entre els diversos sensors fabricats. A continuació es dissenya un sistema de flux continu basat en una columna de llit fix per tal d'estudiar el procés de biosorció de metall. A banda de la monitorització del calci i el coure, s'afegeix la monitorització del pH i de la conductivitat per tal d’analitzar altres característiques de l'adsorció. Un avantatge de la biosorció és la possibilitat de reutilitzar la rapa i recuperar el metall pesant. En l’estudi s'ha determinat què succeeix durant el procés de biosorció amb rapa nova i amb rapa després d'haver recuperat el coure d'un primer cicle per elució amb HClO4 0,1 M. En el primer cas, tot sembla indicar que efectivament hi ha un bescanvi iònic entre el coure adsorbit i el calci alliberat. Quan el calci s'esgota, el coure ja no és pràcticament adsorbit, encara que tampoc assoleix la concentració de l’entrada i això porta a sospitar que hi pot haver alguna altra espècie intercanviant-se amb Cu2+, possiblement els protons. En el segon cas, com que s'ha extret el coure usant àcid, el bescanvi del coure es duu a terme amb protons (H+) encara que es redueix el període d'adsorció. No obstant, són necessaris estudis complementaris per validar aquesta explicació.