Según Volesky,87 en diversos grados, la capacidad de biosorción depende de el estado de la biomasa,88 el tipo de biomasa o biomaterial utilizado, incluyendo su preparación previa,los componentes presentes en la solución, particularmente la concentración inicial del ion metálico, las condiciones ambientales del proceso fisicoquímico, como el pH y la temperatura.
1.7.5.1. Efecto del pH
Los metales en disolución acuosa se encuentran en forma de diferentes especies químicas en función del pH de la disolución, de aquí la fuerte dependencia que existirá entre el pH de la disolución y la posibilidad de extracción del metal, ya que según la especie química los mecanismos de sorción varían.89
Los metales son sustancias electropositivas ya que ceden cargas positivas a la superficie del sorbente, el cual va aumentado el número de cargas negativas para lograr la adsorción, lo cual se facilita en soluciones ácidas. Así, mientras que la adsorción de cationes suele estar favorecida para valores de pH superiores a 4.5 la adsorción de aniones prefiere un valor bajo de pH entre 1.5 y 4.90
1.7.5.2. Naturaleza del adsorbato
El adsorbato es un factor influyente en el equilibrio de adsorción. Existe una regla general para predecir el efecto de la polaridad del soluto sobre la adsorción y consiste en que el soluto polar preferirá la fase que es más polar. En otras palabras, un soluto polar será fuertemente adsorbido por un adsorbente polar, cuando esté en un disolvente no polar.89 Es decir, en el caso de las sales de metal utilizadas en este estudio presentan un carácter polar o alta solubilidad en el agua y la matriz de adsorción o adsorbente también es polar. Otro factor referente a la naturaleza del adsorbato en el caso de los metales, se refiere al radio atómico del metal, pues se cree que a mayor tamaño de este disminuye la afinidad por los ligandos de la pared.91
1.7.5.3. Concentración inicial del metal
Para determinar la efectividad de un material sorbente hay que conocer cuál es la cantidad máxima de metal (la capacidad máxima) que puede adsorber. Los materiales establecen diferentes equilibrios de extracción cuando se ponen en
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contacto con concentraciones distintas de metal. Estos equilibrios dependen en todos los casos de las condiciones experimentales y son diferentes para cada temperatura, son equilibrios isotérmicos. Idealmente los modelos teóricos que se utilizan para describir los resultados experimentales deben ser capaces de predecir los procesos de sorción a bajas y altas concentraciones, además de permitir una interpretación física del mecanismo de sorción.71
1.7.5.4. Efecto de la Temperatura:
La adsorción es un proceso exotérmico y se produce por tanto de manera espontánea si el adsorbente no se encuentra saturado. La cantidad de material que se acumula depende del equilibrio dinámico que se alcanza entre la tasa a la cual el material se adsorbe a la superficie y la tasa a la cual se puede liberar, y que normalmente dependen de forma importante de la temperatura.71
1.7.5.5. Tamaño de las partículas
La adsorción tiene lugar fundamentalmente en el interior de las partículas, sobre las paredes de los poros en puntos específicos. La cantidad de adsorbato (soluto) que se puede adsorber es directamente proporcional al volumen, y es bien conocido que este volumen es directamente proporcional al área externa y también que una partícula pequeña tiene mayor área superficial, o sea mayor área de la superficie interna por su cantidad de poros por unidad de masa.92
1.7.5.6. Grupos activos
En la bibliografía se reporta, que la presencia de funcionalidades oxigenadas de naturaleza acida o polarizable en la estructura del sorbente, principalmente grupos carboxilos, carbonilos, fenoles y lactosas, favorece la captación de cationes metálicos.93
1.7.5.7. Tiempo de equilibrio
El tiempo de equilibrio es aquel a partir del cual se satura el bioadsorbente. Se ha determinado que el mecanismo de retención ocurre inicialmente con la migración del adsorbato desde la solución a la superficie del adsorbente, seguido por un proceso de difusión para finalizar en la fijación en el sitio activo.94
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Tabla 09: Factores que afectan la biosorción de contaminantes en pruebas en sistemas en lote.
Factor Efecto sobre la biosorción de contaminantes
pH de la solución Mejora la remoción por biosorción de metales catiónicos,
pero reduce la de los metales aniónicos.
Temperatura
Usualmente mejora la remoción por biosorción al incrementar la actividad superficial y energía cinética del (ad)sorbato , pero puede dañar la estructura física del biosorbente
Fuerza iónica Reduce la remoción por biosorción al competir con el
(ad)sorbato por los sitios de captura del biosorbente
Concentración inicial del contaminante
Incrementa la cantidad de contaminante biosorbido por unidad de peso del biosorbente, pero reduce su eficiencia de remoción
Dosis de biosorbente
Reduce la cantidad de contaminante biosorbido por unidad de peso de biosorbente, pero incrementa la eficiencia de remoción
Tamaño del biosorbente
En procesos en sistemas en lote (sistemas batch), las muestras de biosorbente de tamaño reducido son favorables debido a que incrementa el área superficial del biosorbente
Velocidad de agitación
Mejora la tasa de remoción por biosorción al reducir la resistencia de transferencia, pero puede dañar la estructura del biosorbente
Concentración de otros contaminantes en la solución
Si un contaminante se encuentra presente y compite con el contaminante objetivo por los sitios de captura o forma algún compuesto con este, una mayor concentración de otros contaminantes reducirá la remoción del contaminante objetivo
Fuente: Adaptado de Park, Yun y Park, 2010.79