Remoción de Cromo VI con Cáscara de Lichee: Estudio Geoquímico

REMOCIÓN Y REDUCCIÓN DE CROMO VI EN SOLUCIÓN POR LA CÁSCARA DE
LICHEE (Litchi chinensis Soon)
Rigoberto Martínez Pérez1, Diana Carina Bautista Mata1, Patricia Sandoval Ibarra1,
Juan F. Cárdenas González1, Víctor Manuel Martínez Juárez2 e Ismael Acosta
Rodríguez1. 1Laboratorio de Micología Experimental. Facultad de Ciencias Químicas.
Universidad Autónoma de San Luis Potosí, S.L.P. Av. Dr. Manuel Nava o. 6. Zona
Universitaria. c.p. 78320. Tel: 014448262440, ext. 505. 2Area Académica de
Medicina Veterinaria y Zootecnia. Instituto de Ciencias Agropecuarias. Universidad
Autónoma del Estado de Hidalgo, México. [email protected]
Geoquímica ambiental
INTRODUCCIÓN
Debido a las actividades industriales, como la producción de acero, minería, cemento
y curtido de pieles, ciertas zonas de México, sobre todo el estado de Guanajuato,
tienen altos niveles de Cromo en suelo y agua (Armienta-Hernández y Rodríguez,
1995). El uso de lodos de aguas negras y fertilizantes con diferentes concentraciones
del catión, también son factores que contribuyen a la contaminación ambiental por el
metal (Acevedo-Aguilar y cols., 2006). El metal se encuentra presente en agua y
suelo principalmente en dos formas de oxidación: Cr (III) ó Cr (VI), aunque también
puede encontrarse como óxido de Cromo, sulfato de Cromo, trióxido de Cromo, ácido
crómico y dicromato (Zouboulis y cols., 1995). En presencia de materia orgánica, el
Cr (VI) presente en aguas y suelos es reducido a Cr (III); sin embargo, altas
concentraciones del ión en estado hexavalente pueden sobrepasar esta capacidad
de reducción, lo que impediría su adecuada eliminación (Cervantes y cols., 2001).
Pese a que el Cromo es un elemento esencial para hombres y animales, niveles
elevados de este metal (15 mg/ L en agua de ríos y 0.10 mg /L en agua potable Art.
4º, NTE-CCA-021/88) son tóxicos en los seres vivos. El Cromo (VI) tiene efectos
carcinogénicos en animales y mutagénicos en humanos y bacterias (Cervantes et al.,
2001), en aguas residuales, se encuentra en solución como CrO42- (Cotton y
Wilkinson, 1980), y removerse por reducción, precipitación química, adsorción e
intercambio iónico (Cervantes y cols., 2001). Siendo el proceso más utilizado la
adición de un agente reductor que convierta el Cromo (VI) a Cromo (III) y su posterior
precipitación con soluciones básicas a Cr (OH)3 (Campos y cols., 1995).
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Recientemente, se ha analizado el uso de metodologías alternativas, como la
reducción de Cr (VI) a Cr (III) por bacterias, hongos y levaduras, así como materiales
de desecho, y residuos industriales agrícolas o urbanos, entre los que se encuentran:
residuos de manzana (Lee y cols., 1998), corteza de árbol (Sarin y Pant, 2006),
cáscara de avellana (Cimino y colsl., 2000), cáscara de mandarina y naranja (Pavan
y cols., 2006; Pérez-Marín y cols., 2007), por lo que es de gran interés analizar otros
materiales de desecho y por lo tanto económicos, para tratar de eliminar el Cromo VI
de aguas y suelos contaminados y la biorremediación de los mismos. Por lo que el
objetivo de este trabajo analizar la remoción y reducción de Cr (VI) en solución
acuosa por la cáscara de Litchi (Litchi chinensis Sonn).
Materiales y métodos
Para la obtención de la biomasa, la cáscara de Litchi (obtenida a partir de los frutos
recolectados entre los meses de junio-septiembre de 2008, de los municipios de
Matlapa y Axtla de Terrazas, S.L.P.), se cortó en piezas pequeñas, se lavó
exhaustivamente con agua tridesionizada, para remover el polvo y los componentes
adheridos, se secó a 60°C/12 h y se molió hasta la obtención de un polvo fino,
utilizando 1 g de esta biomasa estéril para los estudios de bioadsorción
Estudios de remoción y reducción
Se trabajó con 100 mL de una solución de 1000 mg/L de concentración de Cr (VI)
obtenida por dilución de una solución patrón de 1.0 g/L preparada en agua
tridesionizada a partir de K2CrO7. Se ajusto el pH de la dilución a analizar con H2SO4
1 M y/o NaOH 1 M, antes de adicionarla a la biomasa celular.
Se mezcló 1.0 g de cáscara de Litchi (previamente esterilizada a 15 libras y 120oC,
en matraces Erlenmeyer de 250 mL), con 100 mL de una solución de 1.0 g/L del
metal, incubando con agitación constante a 100 rpm a 28°C, tomando a diferentes
tiempos y en condiciones estériles, alícuotas de 5 mL cada una, las cuales se
centrifugaron a 3000 rpm (5 min), y al sobrenadante respectivo se le determinó la
concentración de Cr (VI) en solución, utilizando el método colorimétrico de la
Difenilcarbazida (desarrollo de coloración rosa violeta, Greenberg y cols., 1992), el Cr
(III) por el del Cromazurol S (Pantaler y Pulyaeva, 1985) y el Cr total por
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Espectrofotometría de Absorción Atómica (Greenberg y colsl. 1998). Todos los
experimentos se realizaron un mínimo de 3 veces y por triplicado
Resultados y Discusión
Inicialmente, se analizó la bioadsorción de 50 mg/L de Cr (VI), a diferentes tiempos
de incubación y valores de pH, encontrando que a pH’s más ácidos se absorbe más
eficientemente el metal, pues a pH de 1.0 y 2.0 se remueve el 100% a los 5 y 30
minutos, respectivamente (Figura No. 1).
Ensayos de biorremediación
5 y 10 g de la biomasa de la cáscara de Litchi, se incubaron con 20 y 50 g de tierra
contaminada con aproximadamente 297 mg Cr (VI)/g de tierra, procedente de una
cromadora de Celaya, Gto,, observando que a tiempos iniciales el metal se absorbe
mejor a mayor concentración de la biomasa (76% y 91% a los 90 minutos de
incubación a 28°C y 100 rpm, para 5 y 10 g de biomasa, respectivamente), pero a los
5 días de incubación la remoción es muy parecida y muy eficiente para ambas
biomasas (99.66 y 98.14%) (Figura No. 2).
Figura No. 1.- Efecto del tiempo de incubación y del pH inicial sobre la remoción de
Cromo (VI) por la biomasa de la cáscara de Litchi (1 g de biomasa, 50 mg/L Cr (VI),
28°C, 100 rpm.
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Figura No. 2.- Biorremediación de Cromo (VI) por la biomasa de la cáscara de Litchi
a partir de tierra contaminada con 297 mg de Cr (VI)/g de tierra. (5 y 10 g de
biomasa, 20 y 50 g de tierra, 28°C, 100 rpm).
También, se analizó la capacidad de la biomasa de la cáscara de Litchi para
disminuir la concentración inicial de Cr (VI) (1.0 g/L) y la producción de Cr (III) en la
solución. En la Figura 3A se observa una gran eficiencia para disminuir los niveles de
Cr (VI), con la producción concomitante de Cr (III), (indicado por la desaparición del
color amarillo en los matraces por la presencia de Cr (VI) y la formación de un color
azul-verdoso y un precipitado blanco, que indica la transformación a Cr (III), y su
determinación por Cromazurol S, (Figura No. 3B). Después de 1 hora de incubación,
la biomasa disminuye la concentración inicial del metal, hasta niveles indetectables,
sin cambios significativos en la concentración de Cr total, la cual permanece
constante en el control de agua tridesionizada. De manera similar a otras biomasas,
la biomasa de la cáscara de Litchi, disminuye la concentración inicial de Cr (VI),
hasta niveles indetectables, (esta disminución ocurre sin cambios significativos en la
concentración de Cr total, la cual permanece constante en el medio de cultivo sin
inoculo), con la producción simultánea de Cr (III), lo cual indica que la biomasa es
capaz de reducir Cr (VI) a (Cr (III) en la solución de incubación adicionada con
cromato. Nosotros no sabemos si la biomasa utilizada tiene componentes que
reducen el Cr (VI), por lo que se requieren más estudios para entender los efectos
de los iones involucrados en la actividad reductora de Cr (VI) de esta biomasa,
aunque la capacidad de reducir Cr (VI) se ha reportado ampliamente en la literatura
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en microorganismos que incluyen levaduras y hongos como Candida maltosa
(Ramírez-Ramírez y cols., 2004), Candida sp. FGSFEP (Guillén-Jiménez, 2008),
Aureobasidium pullulans (Fukuda y cols., 2008), Penicillium chrysogenum (Pazouki y
cols., 2007), y Aspergillus versicolor (Das y cols., 2008). Además, como la cáscara
de Mandarina contiene vitamina C y algunos carbohidratos, nosotros encontramos
que la vitamina C y la cistina reducen muy rápido el Cr (VI) a Cr (III), y podrían ser
parte muy importante en la reducción del metal.
A
B
B
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3
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Figura 3. Reducción de 1.0 g/L de Cromo (VI) a Cromo (III) por 1.0 g de cáscara de
Litchi. 28°, 100 rpm, pH=1.0 +/- 0.2 (A) y aspecto de las soluciones (B).
B.- Cr total unido a la biomasa después de diferentes tiempos de incubación en
presencia de Cr (VI). 1.- Solución patrón de Cr (VI) (1g/L, pH= 1.0). 2.-200 mg/L 3.500 mg/L 4.-1000 mg/L.
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