Contribution of the research

La adsorción de Zn como de Pb por parte de la cepa ZnZac4, se realiza en un periodo no mayor a una hora, el tiempo de equilibrio se estableció a los 40 min. Generalmente la adsorción es un proceso relativamente rápido, en el cual el equilibrio se alcanza en los primeros minutos, estos resultados son congruentes con

muchos reportados en la literatura, por ejemplo, Ozdemir, et al., (2004) en su estudio

de adsorción de Cr, Cd y Cu con Pantoea sp. TEM18 reporta una adsorción rápida a

los 5 min y permanece constante después de 15, las condiciones experimentales son parecidas a este trabajo en relación al volumen de solución y peso de biomasa utilizada. Ozdemir y Baysal, (2004), reportan una máxima adsorción de aluminio y

cromo a 60 y 90 min respectivamente, con la cepa Chryseomonas luteola TEM05.

Tsezos (1995) en su estudio de adsorción de Ag y Ni, con 6 cepas bacterianas (no identificadas) se obtuvo entre 90 -100% de adsorción dentro de la primera hora, no

obstante que se experimentó hasta las 24 hrs. Por otra parte Ziagova, et al., (2007)

estudiaron la adsorción con Staphylococus xylosus y Pseudomonas sp., observaron

la máxima adsorción de Cd a los 30 y 60 min, y de Cr a los 90 y 165 min, respectivamente.

La relativa rapidez del fenómeno de adsorción se repite para cualquier tipo de biomasa, incluso para otros sorbatos diferentes a metales. Wu y Yu (2007), en un

estudio de adsorción de clorofenol con biomasa del hongo Phanerochaete

chrysosporium, anclada a varios soportes poliméricos, alcanzó el equilibrio a los 180

min. Sin embargo, existen reportes en donde el equilibrio toma más tiempo para ser

alcanzado. Gong, et al., (2007) con su estudio de cinética de adsorción de tintes

catiónicos con cáscara de colinabo, alcanzó el equilibrio a las 12 h. Distingue tres fases de la adsorción del tinte: a) sorción en la capa límite, b) difusión intraparticular y c) equilibrio de sorción.

Para el caso concreto de plomo y zinc los reportes parecen ser congruentes con que el equilibrio de adsorción se lleva a cabo muy rápido, regularmente no mayor a una hora. Hawari y Mulligan (2006) estudiaron la adsorción de plomo con gránulos aeróbicos y observaron que la máxima adsorción se lleva a cabo a los 30 min. Fourest y Roux (1992) observaron a los 20 minutos un 90% del total de la adsorción

de zinc a un pH óptimo de 6 con R. arrhizus. Tunali, et al., (2006) en la adsorción de

plomo con Bacillus sp. tuvieron la máxima adsorción a los 15 min. Puranik, (1997) en

la cinética de adsorción de plomo con Streptoverticillium cinnamoneum alcanzó el

equlibrio a los 30 minutos y con zinc en 15 minutos.

La adsorción de plomo más tardado en alcanzar el equilibrio se encontró en el

trabajo de Mustafiz, et al., (2002), probaron la adsorción en escamas de pescado

usando tres diferentes concentraciones iniciales (25 ppm, 12.5 ppm y 6.25 ppm con

Pb(NO3)2), el equilibrio se alcanzaba después de 120 h, independientemente de la

concentración inicial.

Puranik, et al., (1999) probaron tres especies de bacterias (Streptoverticillium

cinnamoneum, Penicillium chrysogenum y Citrobacter sp.) en la adsorción de plomo

y zinc, el equilibrio se alcanzó aproximadamente a los 30 min independientemente de la cepa, el metal y la concentración inical usada. Se establece que existen básicamente tres pasos en la captura metálica: El primer paso, el transporte del volumen de los iones metálicos en la fase en solución, es usualmente rápido debido a una mezcla y un flujo advectivo. El segundo paso, el transporte de capa, involucra la difusión del metal a través de una capa límite hidrodinámica alrededor de la superficie del biosorbente. El tercer paso, la adsorción de los iones metálicos por los sitios activos de la biomasa se considera que es rápida, equivalente a un equilibrio de reacción. El contacto de solución y biomasa en agitación podrían suprimir las limitaciones de cinética debido al primer paso. Por lo tanto, es probable que la cinética del proceso se vea influenciada solamente por el paso de transferencia metálica de la solución a los sitios de unión y por lo tanto las características mostradas de unión metálica tienen un tiempo de equilibrio sin alterar en el intervalo de concentraciones metálicas usadas. Sin embargo, lo anterior no siempre es cierto y hay reportes donde el aumento de la concentración causa que el tiempo en alcanzar el equilibrio se reduzca.

Hay otros estudios en los que distintas cepas muestran un tiempo de equilibrio propio para la adsorción de algún sorbato, de acuerdo a los mecanismos implicados en el fenómeno. Murphy, (2996) estudiando la bioadsorción de cobre con biomasa de tres algas, encuentra diferentes tiempos de equilibrio para cada alga (10, 30 y 60 min), lo que lo atribuye a la diferente reacción de los grupos ácidos de las algas, implicados en la adsorción, encontró una correlación fuerte (r2= 0.954, p<0.005) entre el número total de sitios de unión ácidos y el tiempo tomado para alcanzar el equilibrio de sorción. Entre más grupos ácidos más tiempo es necesario, y más alta es su

capacidad máxima q max.

Puranik, (1997) probó la adsorción de Zinc y Plomo con la cepa Streptoverticillium

cinnamoneum y encontró que el equilibrio se alcanza a los 15 y 30 min

respectivamente, lo que indica que hay una mayor tasa de adsorción de zinc que de plomo, esto implica que con respecto al tiempo, la superficie cubierta (por adsorción) para zinc es más alta que para plomo. Esto es contrario a lo encontrado en este trabajo, en donde se presentó una tasa de adsorción más alta para plomo que para zinc, la diferencia probablemente se podría deber a la biomasa o a la metodología usada. Este último caso implicaría una baja comparabilidad de los resultados, por ejemplo, a diferencia del trabajo de Puranik (1997), el tamaño de la partícula no fue uniforme en la metodología seguida en nuestro trabajo, sería importante determinar la naturaleza porosa de la partícula y homogeneizar el producto para determinar efectivamente si es que las diferencias de adsorción son a causa de la naturaleza de los iones metálicos o a causa de la biomasa. Adicionalmente otro factor a considerar es determinar el pH óptimo de captura de plomo por parte de la cepa ZnZac4. Una vez hecho lo anterior podríamos atribuir las diferencias a las propiedades de la biomasa.

Otra interpretación de las curvas de cinética se encuentra en Ventaka, et al., (2007),

en su estudio de adsorción de fluoruro con el alga Spirogyra101, donde distingue

tres fases. La primera adsorción de un máximo inicial, como en el caso de la adsorción de Zn y Pb con la cepa ZnZac4, que podría ser atribuido a una interacción de tipo de quimiosorción, La segunda fase indica una captura lenta que indica un uso/utilización de todo los sitios activos sobre la superficie del sorbente y un alcance de saturación o fase en equilibrio. La tercera fase y final es la fase en equilibrio en la cual la captura es relativamente insignificante. Igual que Puranik, (1999), la tasa de adsorción incrementa con la concentración inicial.

La tasa de adsorción es un fenómeno complejo en el seguramente interactúan una multiplicidad de sitios de unión de diferente afinidad de acuerdo al tipo de unión, ión metálico y accesibilidad. La rapidez con la que se alcanza el equilibrio puede darnos

pistas acerca del fenómeno de adsorción. Luna, et al., (2007) define que la cinética

de captura del metal, que se asume como una adsorción física pasiva a la superficie celular, es muy rápida y ocurre en un periodo de tiempo muy corto después del tiempo de contacto con los iones metálicos.

En las pruebas de adsorción por tiempo es común no tener una disminución continua de la concentración del metal en solución, en la mayoría de los casos al acercase al

equilibrio existen fluctuaciones en la concentración (Ozdemir, et al., 2004; Mustafiz,

tan pronto el proceso de adsorción procede, el sorbato sorbido tiene a desorberse y eventualmente las tasas de adsorción y desorción se ajustarán a un estado en equilibrio. Esto se debe a que después de alcanzar el punto de equilibrio, si la energía exotérmica de la adsorción sobrepasa la barrera de energía de desorción, se establece un proceso de difusión entre la fase adsorbida y en solución. De esta manera un equilibrio estático se alcanza después de un periodo relativamente más

largo en comparación a un equilibrio dinámico (Mustafiz, et al., 2002). Una vez

alcanzado el equilibrio el fenómeno de adsorción es irreversible ya que muy poco metal es liberado de regreso aún si permanecen en agitación la solución de contacto (Tsezos, 1995).

La estimación en función del tiempo de la adsorción de plomo y Zinc, con la cepa ZnZac4, usando el modelo de Lagergren de primer orden no fue adecuada, ya que

se producía una concentración en equilibrio (Ceq) muy diferente a la experimental.

Esta deficiencia del modelo de primer orden también se ha reportado en otros

resultados, como el de Luna, et al., 2007, en donde a los 20 minutos tiene un

equilibrio en la adsorción de cobre por una alga.

Al igual que los datos de nuestro estudio, los datos de Luna, et al., 2007 en la

adsorción de cobre con el alga Sargassum filipendula se ajustan mucho mejor al

modelo de pseudo segundo orden el cual se asume que la biosorción química puede ser el paso limitante de la velocidad. La utilidad del modelo de Pseuso segundo

orden también la reporta Karthikeyan, et al., (2007).