FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL “REMOCIÓN DE PLOMO DE SOLUCIONES ACUOSAS UTILIZANDO LA CASCARILLA DE CAFÉ (COFFEA ARABICA L.)” Trabajo de Investigación para optar el grado académico de: BACHILLER EN INGENIERÍA AMBIENTAL Presentado por: Jordy Pier Pariona Palomino Asesor: Dr. Elvito Fabián Villegas Silva Lima – Perú 2019 1 REMOCIÓN DE PLOMO DE SOLUCIONES ACUOSAS UTILIZANDO LA CASCARILLA DEL CAFÉ (Coffea arabica L.) Jordy Pier Pariona-Palomino Universidad Científica del Sur. Facultad de Ciencias Ambientales. Escuela de Ingeniería Ambiental. Panamericana Sur km 19. Lima 42. jpariona@cientifica.edu.pe RESUMEN La contaminación proveniente de los metales pesados representa en la actualidad una gran amenaza hacia los componentes del ecosistema. La producción y eliminación de estos metales se ha incrementado a consecuencia de la industrialización y la globalización, lo que pone en peligro la existencia de la biodiversidad y del propio ser humano. Existen diversas técnicas de remoción de metales pesados, pero estos presentan diversas desventajas. Ante ello, es necesario innovar en tecnologías que nos permitan remover los metales pesados y que sean sostenibles en el tiempo y no dañinas con el ambiente. Es por ello, que este estudio revisará la información bibliográfica disponible sobre la remoción de plomo (II) de soluciones acuosas utilizando la cascarilla de café (Coffea arabica L.) y otros residuos agrícolas como material biosorbente de bajo costo, así como de los parámetros que influyen en el proceso de biosorción. Se encontraron que los residuos agrícolas presentaran un alto rendimiento de biosorción de plomo (II) en su mayoría superiores al 90 %, es por ello, que es necesario profundizar aún más la búsqueda de nuevos biosorbentes que sean sostenibles en el tiempo. Palabras clave: biosorbentes, biosorción, residuos agrícolas, efluentes y metales pesados. 2 ABSTRACT Pollution from heavy metals is currently a major threat to the components of the ecosystem. The production and elimination of these metals has increased as a result of industrialization and globalization, which endangers the existence of biodiversity and of the human being itself. There are several techniques for removing heavy metals, but these have several disadvantages. Given this, it is necessary to innovate in technologies that allow us to remove heavy metals and that are sustainable over time and not harmful to the environment. For this reason, this study will review the bibliographic information available on the removal of lead (II) from aqueous solutions using coffee husks (Coffea arabica L.) and other agricultural residues as a low-cost biosorbent material, as well as the parameters that influence the biosorption process. It was found that the agricultural residues presented a high yield of biosorption of lead (II) in its majority higher than 90 %, that is why, it is necessary to further deepen the search for new biosorbents that are sustainable over time. Keywords: biosorbents, biosorption, agricultural waste, effluents and heavy metals. REVISIÓN TEÓRICA INTRODUCCIÓN La contaminación por metales pesados (MP) es un peligro de escala mundial que inicio en la revolución industrial (Jacob et al. 2018), principalmente, con actividades mineras, fundiciones y compuestos orgánicos para la agricultura (Carolin et al. 2017). Este problema repercute en la estabilidad del suelo y el agua (Kobielska et al. 2018), generando desequilibrios ambientales (Bello et al. 3 2018) y de la salud pública (Reyes et al. 2016). Uno de los elementos tóxicos identificado por el ser humano fue el plomo (Pb) y todavía tiene una gran relevancia en la actualidad (Thompson 2018). Aproximadamente la mitad del Pb extraído a nivel mundial, que para el año 2017 representó un total de cuatro millones de toneladas métricas (ILZSG 2018) provienen de China (USGS 2017); y en el Perú la producción de Pb para el año 2016 representó 310 toneladas métricas (USGS 2017). La dinámica de la producción global del Pb (1805-2000) muestra variaciones en países como España y Canadá, y otros países como Perú y EE. UU han mantenido un crecimiento significativo (Mudd et al. 2017); esta producción está dirigida principalmente al uso de baterías y productos eléctricos (Skerfving y Bergdahl 2015). La disposición final de estos productos se hace en contenedores de desechos peligrosos y vertederos (US EPA 2018). No obstante, la mayoría de estos desechos no son manejados de manera adecuada (Vargas y Romero 2006) provocando efectos negativos en el ambiente (Acurio et al. 1997); como la acumulación y biomagnificación en los ecosistemas (Yllanes et al. 2014), la reducción del tamaño de las plantas (Ghani et al. 2010), la disminución de la biodiversidad (Bello et al. 2018), la degradación del suelo (Guerrero y Pineda 2016), acidificación de las aguas (Ramírez y Olmos 2008), y su presencia en el aire causa enfermedades respiratorias (Tello 2014). El Perú ha presentado problemas significativos con Pb en cuencas hidrográficas, superando el ECA de agua que permite la vida en medio acuático, como el caso del río Mantaro que en la zona de depósito de escorias de Huachan, entre 2013– 2015 la concentración de Pb superó hasta en 4000 % (Arce y Calderón 2017), asimismo, en el río Ramis en el 2013 sobrepasó en más de 10000 % (Argota et 4 al. 2014); y también en los cuerpos de agua de los Humedales de Ventanilla se determinó en el 2015 que la concentración de Pb llegaba a superar el 700 % al ECA (Fajardo et al. 2017). Además, los suelos de los parques; de Campo de Marte, El Olivar, Pentagonito, Zoológico de Huachipa y el de las Leyendas en el 2016 superaron en casi el doble la concentración de Pb establecido en el ECA de suelo (Tello et al. 2018), y entre 2013-2015 los suelos de la Oroya Antigua sobrepasaron hasta en diez veces más de lo permitido por el ECA suelo para uso industrial (Arce y Calderón 2017) de la normativa vigente. Ante esta problemática, se está estudiando la búsqueda de adsorbentes de bajo costo como los desechos agrícolas y sustancias naturales para la remoción de MP (Gunatilake 2015, Jeguirim et al. 2017). La agricultura genera cantidades importantes de desechos vegetales a los que no se le brinda valor agregado (Navarro et al. 1995), ejemplo claro corresponde el racimo de banano que solo el 25 % es aprovechable y el 75 % se considera residuo (Chávez y Rodríguez 2016). Lamentablemente, estos son incinerados o depositados en vertederos por el costo de disposición (Solé y Flotats 2004) ocasionado la contaminación del aire y del agua (Bustos 2009), ya que estos se descomponen (pudren) al estar acumulados (Kolmans y Vásquez 1999). En el Perú, el producto que lidera las exportaciones agrícolas es el café, existen 425 416 hectáreas dedicadas a su cultivo y esto representa el 6 % del área agrícola nacional, estos cultivos están ubicados en 17 departamentos, 67 provincias y 338 distritos (MINAGRI 2018). Asimismo, a nivel mundial la producción de café es de aproximadamente 171.2 millones de bolsas de 60 Kg y el Perú contribuye con casi el 3 % (USDA 2018). 5 El objetivo del estudio fue identificar la información bibliográfica disponible sobre la remoción de Pb de soluciones acuosas utilizando la cascarilla de café (Coffea arabica L.); por su importancia como material biosorbente de bajo costo y sostenible en el tiempo. Dándole así un valor agregado a los residuos agrícolas y empleándolos como una alternativa eficiente en la descontaminación de las aguas. MARCO TEÓRICO Metales pesados Se considera metales pesados (MP) a aquellos cuya densidad está por encima de los 5 g/cm3 (Gunatilake 2015). Actualmente, la contaminación por MP es un peligro severo a nivel global y local (Reyes et al. 2016, He y Chen 2014, Fu y Wang 2011), debido a que no son biodegradables y se movilizan por medio del agua, suelo y aire (Reyes et al. 2016, Fu y Wang 2011). La presencia de estos en el entorno se da de forma natural o antrópica (Reyes et al. 2016), y es un peligro para el ser humano y el ambiente (Bello et al. 2018, Carolin et al. 2017). Las industrias de papel, minería, pesticidas, etc., descargan efluentes con MP (Carolin et al. 2017, Kobielska et al. 2018, Anastopoulos et al. 2017); causando contaminación del suelo y el agua, proliferación de algas (Carolin et al. 2017), drenaje acido (Kobielska et al. 2018), el deterioro de la estructura del suelo (Guerrero y Pineda 2016), la destrucción de paisajes ecológicos y la disminución de la biodiversidad (Bello et al. 2018). La bioacumulación de MP en la cadena trófica (He y Chen 2014) y su presencia en el aire causan enfermedades respiratorias (Tello 2014). Entre los MP más predominantes en los efluentes industriales tenemos al cobre (Cu), plata (Ag), cadmio (Cd), arsénico (As), y 6 plomo (Pb) estos son los más comunes (He y Chen 2014, Fu y Wang 2011), y son considerados altamente tóxicos (Carolin et al. 2017). Siendo el Pb un elemento toxico que todavía tiene importante relevancia (Thompson 2018), debido a que su presencia en diferentes concentraciones genera desequilibrios ambientales (Bello et al. 2018). Plomo El Pb es uno de los MP dañinos (Gómez-Yepes y Cremades 2013, Skerfving y Bergdahl 2015) considerado como contaminante ambiental (Ghani et al. 2010, García-Rosales y Colin-Cruz 2010, García et al. 2013). Está presente en combinación con otros elementos (Finkelstein et al. 2014) en forma de sulfuro, cerusita y galena (Acharya et al. 2009, Shukla et al. 2018, Flora et al. 2006), y es de color blanco azulado a gris (Thompson 2018). El Pb está presente en efluentes de industrias galvánicas, eléctricas, de acero y vehículos automotores (Carolin et al. 2017, Ghani et al. 2010); y es utilizado gracias a sus propiedades de resistencia a la corrosión, ductilidad y maleabilidad (Reyes et al. 2016, Bellinger, 2018, Flora et al. 2006) en su forma metálica y en aleaciones (Gómez -Yepes y Cremades 2013). Este metal se usaba incluso desde el tiempo de los romanos, se extraían de la minería (Mudd et al. 2017) y se usaban para hacer tuberías, ventanas, utensilios, etc., (Shukla et al. 2018, Bellinger 2018). Hoy en día el Pb se usa en baterías, tintas, aleaciones y en combustibles (Thompson 2018, Flora et al. 2006). Efectos del plomo Debido a actividades como la minería, fundición y reciclaje (Flora et al. 2006), el Pb puede causar diferentes efectos negativos en el ecosistema, contaminando 7 el agua, aire y suelo y alterando la salud humana (Cuadro I). Las actividades mencionadas han tenido su origen en la revolución industrial (Jacob et al. 2018), donde el Pb ha presentado unos aumentos significativos a escala mundial y en consecuencia gran dispersión de este metal pesado en el ambiente (Bellinger 2018). Asimismo, estas actividades industriales son fuentes significantes de contaminación de MP hacia el medio ambiente. Caso concreto de esto se han evidenciado en los componentes del ecosistema en el Perú. Ante ello, es fundamental hacer una comparación de los casos reportado de contaminación por Pb en el Perú con los estándares de calidad ambiental (ECA) vigentes (Cuadro II). CUADRO I. EFECTOS NEGATIVOS DEL PLOMO (PB) EN LOS COMPONENTES DEL ECOSISTEMA Y EN LA SALUD HUMANA PRODUCTO DE ACTIVIDADES ANTROPOGÉNICAS Metal Efectos Fuentes Acumulación en Yllanes et al. 2014, He Pb+2 ecosistemas y Chen 2014 Disminución de la Pb+2 Bello et al. 2018 biodiversidad Guerreo y Pineda Pb+2 Degradación del suelo 2016, Tello et al. 2018 Fisiología de las Ghani et al. 2010, Pb+2 plantas Carolin et al. 2017 8 Ramírez y Olmos Acidificación de las Pb+2 2008, Kobielska et al. aguas 2018 Tello 2014, Reyes et Enfermedades Pb+2 al. 2016, Shukla et al. respiratorias 2018 CUADRO II. CONTAMINACIÓN POR PLOMO (PB) EN LOS COMPONENTES DE LOS ECOSISTEMAS EN EL PERÚ Y SU COMPARACIÓN CON EL ECA VIGENTE. Contaminación Valor Valor del ECA agua Fuentes por Pb encontrado ECA y suelo Arce y Río Mantaro 0.1 mg/L 0.0025 mg/L Categoría 4 Calderón 2017 Argota et Río Ramis 0.26 mg/L 0.0025 mg/L Categoría 4 al.2014 Humedal de Fajardo et al. 0.02 mg/L 0.0025 mg/L Categoría 4 Ventanilla 2017 Parques de 266 mg/Kg 140 mg/Kg Suelo Tello et al. Lima PS PS Parques 2018 9 Arce y Suelos de la 9000 mg/Kg 800 mg/Kg Suelo Calderón Oroya PS PS Extractivo 2017 Por todo esto, la eliminación de Pb del agua es una preocupación importante (García-Rosales y Colin-Cruz 2010, Fu y Wang 2011, Carolin et al. 2017), y debido a ello, se han desarrollado diferentes métodos de remoción de Pb del agua como la flotación, precipitación química, coagulación y floculación, filtración por membrana, intercambio iónico y la adsorción (Carolin et al. 2017, Fu y Wang 2011, Bello et al. 2018, He y Chen 2014, Kobielska et al. 2018). TÉCNICAS DE REMOCIÓN DE METALES PESADOS Flotación Respeto a la flotación, esta es una tecnología de separación sólido-líquido en el cual los metales se pegan a las burbujas que se generan, estas burbujas se suspenden en la parte superior (Carolin et al. 2017, Bilal et al. 2013). Esta técnica tiene alta eficiencia y forma bajos lodos, además, el tamaño y velocidad de la burbuja son los parámetros más importantes (Patil et al. 2016). La flotación por aire disuelto, la iónica y por precipitación son los procesos principales de esta técnica para la remoción de iones metálicos presentes en el agua (Fu y Wang 2011, Bilal et al. 2013). Precipitación química En cuanto a la precipitación química, este es el tratamiento fisicoquímico más empleado que radica en la separación de un ion metálico de una solución 10 (Gunatilake 2015, Ku y Jung 2001, Bilal et al. 2013), para formar la precipitación, se agregan químicos que altera el pH para que el precipitado no se disuelva en la solución (Hashim et al. 2011, Fu y Wang 2011, Bilal et al. 2013), se suele aplicar esta técnica para remoción de metales en altas concentraciones en efluentes (Carolin et al. 2017). Coagulación y floculación Acerca de la coagulación y floculación, el primero consiste en aumentar la densidad de las partículas suspendidas para desestabilizarlas (Carolin et al. 2017, Bilal et al. 2013); segundo, la floculación consiste en la acción de los polímeros para unir las partículas suspendidas grandes en aglomerados, una vez que las partículas floculan tienen a precipitar (Fu y Wang 2011). La efectividad de este método depende del tipo de coagulante, la dosis, el pH, temperatura (Carolin et al. 2017) y del tipo de floculantes, el más usado es el Al2(SO4) sulfato de aluminio (Fu y Wang 2011, Carolin et al. 2017, Bilal et al. 2013). Filtración por membranas Por otro lado, la filtración por membranas consiste en la separación física de los solutos, que se encuentran en una disolución, al atravesar una membrana selectiva a ciertos tipos de iones (Gunatilake 2015), esta técnica separa la partícula según su tamaño, concentración de solución, pH y presión (Carolin et al. 2017), y está formada por un material poroso específico para remover MP en efluentes (Patil et al. 2016). Los procesos de membrana conocidos son la ultrafiltración, ósmosis inversa y electrodiálisis (Fu y Wang 2011, Bilal et al. 2013, Gunatilake 2015). Intercambio iónico 11 Respecto a esta técnica, es un mecanismo que radica en la sustitución de iones que se encuentran en la superficie de un sólido por otros que están en una disolución y que presentan la misma carga (Hamdaoui 2009, Carolin et al. 2017, Patil et al. 2016), asimismo, la resina de intercambio iónico es un material sintético o natural y es utilizado para recuperar o eliminar metales (Carolin et al. 2017, Fu y Wang 2011, Bilal et al. 2013), esta tecnología presenta alto rendimiento en la eliminación de metales (Kang et al. 2004), pero, es muy costosa y no puede emplearse a gran escala (Bilal et al. 2013). La adsorción Por último, la adsorción es considerada un método eficiente, rentable y sostenible con el ambiente (Carolin et al. 2017, Fu y Wang 2011), proporciona efluentes tratados de alta calidad, consiste en remoción de metales a través de los sitios activos que presentan los adsorbentes en su superficie. Se puede definir como la acumulación de un metal pesado en la superficie de un biosorbente (Patil et al. 2016) es una técnica reversible y no produce contaminantes tóxicos (Demirbas 2008, Fu y Wang 2011); además, existe disponibilidad de biosorbentes (Bilal et al. 2013). Sin embargo, las técnicas mencionadas en esta revisión presentan diversas desventajas y ventajas (Cuadro III) que van a depender del sitio contaminado, el grado de contaminación y otros factores (Bello et al. 2018, He y Chen 2014, Carolin et al. 2017) principalmente, tienen que ver con el costo, la generación de subproductos y la utilización de compuestos adicionales (Fu y Wang 2011, Rangabhashiyam y Balasubramanian 2018). Por ello, es necesario hacer una comparación de las técnicas más usadas y elegir una de acorde a la situación que se presente. 12 CUADRO III. COMPARACIÓN DE VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS TÉCNICAS DE ELIMINACIÓN DE METALES PESADOS EN EFLUENTES Técnicas Ventajas Desventajas Fuentes Baja formación Carolin et al. 2017, de lodos y alta Altos costos de Patil et al. 2016, Flotación eficiencia y utiliza operación y Fu y Wang 2011, uniones de mantenimiento Bilal et al. 2013 burbujas Se agregan Barata y químicos, alta Carolin et al. 2017, convencional, cantidad de lodos, Hashim et al. Precipitación altas no aplica para 2011, Fu y Wang química concentraciones bajas 2011, Bilal et al. de metales concentraciones 2013 de metales Alta formación de Carolin et al. 2017, Alta eficiencia, Coagulación/ lodos, crea Fu y Wang 2011, aplicable a escala Floculación subproductos, alto Bilal et al. 2013, industrial costo de operación Gunatilake 2015) Costo elevado, Carolin et al. 2017, Alta eliminación Filtración por proceso complejo, Gunatilake 2015, de metales, membranas lavado a Rangabhashiyam menos espacio, contracorriente, y 13 membrana usa otros Balasubramanian selectiva compuestos, 2018, Fu y Wang ensuciamiento de 2011, Bilal et al. membrana 2013 Elimina iones metálicos Alta eficiencia, limitados, costo es Hamdaoui 2009, cinética rápida, Intercambio alto, baja Bilal et al. 2013, eliminación iónico concentración de Carolin et al. 2017, selectiva de metales, uso de Kang et al. 2004 metales reactivos para la regeneración Menos producción de lodos, usa adsorbentes de Disminuye la Carolin et al. 2017, bajo costo, alta eficiencia en la Demirbas 2008, Adsorción eficiencia, técnica desorción, para el Fu y Wang 2011, reversible, caso de carbón Bilal et al. 2013 sostenible en el activado alto costo tiempo, no produce contaminantes 14 Ante ello, es necesario buscar nuevas tecnologías que sean más sostenibles con el ambiente, asequibles y sostenibles en el tiempo (He y Chen 2014, Gunatilake 2015). La técnica de biosorción cumple con los requisitos mencionados (Sarı et al. 2011, Kobielska et al. 2018). Esta tecnología de biosorción es reciente y una de más prometedoras para la remoción de MP en soluciones acuosas (He y Chen 2014, Bilal et al. 2013, Fu y Wang 2011, Carolin et al. 2017). Biosorción La biosorción de MP es un proceso de sorción (Rangabhashiyam y Balasubramanian 2018, He y Chen 2014). Se trata de la transferencia de iones de la fase de solución a una fase solida (Gunatilake 2015). Es un proceso de traspaso de masa y sustancias unidas por interacciones físicas y químicas a la superficie sólida (Sörme y Lagerkvist 2002). En comparación con los métodos convencionales esta muestra ventajas como: bajo costo de operación, alto rendimiento de remoción de metales y no produce subproductos contaminantes (He y Chen 2014, Fu y Wang 2011, Hashim et al. 2011). Los grupos funcionales importantes que presentan los biosorbentes son los grupos carboxilo, hidroxilo, sulfato, fosfato y amina (He y Chen 2014, Hashim et al. 2011), estos aumentan la actividad de adsorción hacia la remoción del metal (Demirbas 2008). Además, los fenómenos que influyen en la técnica de biosorción son la adsorción, el intercambio iónico y la precipitación superficial (Carolin et al. 2017, Bilal et al. 2013, Gunatilake 2015). La biosorción emplea diferentes biosorbentes que generalmente incluyen algas (He y Chen 2014, Carolin et al. 2017), hongos (Wang y Chen 2009, Wang y Chen 2006), bacterias (Jacob et al. 2018, Sahmoune 2018), y residuos agrícolas (García-Rosales y Colin-Cruz 2010, Bilal et al. 2013, Fu y Wang 2011). En la 15 actualidad, se está estudiando la búsqueda de adsorbentes de bajo costo. Es por ello, que se han empezado a estudiar los desechos agrícolas y sustancias naturales como adsorbentes para utilizarlos en la remoción de MP (Fu y Wang 2011, García-Rosales y Colin-Cruz 2010, Bilal et al. 2013, Bansode et al. 2003, Gunatilake 2015, Jeguirim et al. 2017). Residuos agrícolas El proceso de biosorción utiliza residuos agrícolas como sustitutos a los adsorbentes convencionales, estos residuos son eficientes en la remoción de MP presentes en efluentes (Carolin et al. 2017). Los grupos hidroxilo presentes en la celulosa, hemicelulosa y lignina de la biomasa y los grupos funcionales como amido, amino, carboxilo, entre otros tendrán afinidad hacia los iones metálicos, ya que estos cumplen un rol fundamental en la sustitución de iones de hidrógeno por iones metálicos (Yan et al. 2010). Actualmente, se está apostando por la aplicación de material vegetal como biosorbente, debido a su costo asequible y eficiencia para la eliminación de MP. En la (Cuadro IV) se muestra la utilización de residuos agrícolas como biosorbentes de MP en especial del plomo (Pb). CUADRO IV. REMOCIÓN DE PB (II) EMPLEANDO DIFERENTES BIOSORBENTES A PARTIR DE RESIDUOS AGRÍCOLAS Y SU EFICIENCIA DE BIOSORCIÓN Ion Residuo Remoción pH Fuente metálico agrícola (%) Pb 2+ Biomasa de colza 94.47 5 Morosanu et al. (2017) 16 Cáscara de Pb 2+ 99.2 6 Tejada et al. (2016) naranja Pb 2+ Zuro de maíz 67.5 6 Tejada et al. (2016) Cáscara de Pb 2+ 99.5 5 Cardona et al. (2013) naranja Ramírez y Enríquez Pb 2+ Seudo plátano 55 - (2015) Pb 2+ Fibra de coco 97 2.5 Conrad y Bruun 2007 Residuos de café El café es uno de los productos más significativos que se comercializa en todo el mundo (Van y Harmsen 2010), la planta pertenece a la familia Rubiaceae y sus especies son la Coffea arabica y Coffea canephora (Anastopoulos et al. 2017, Janissen y Huynh 2018, Murthy y Naidu 2012a). Respecto a la composición química de la cascarilla de café, en mayor proporción se encuentra los carbohidratos 57.8 g y en menor la cafeína 1.2 g (Cuadro V). CUADRO V. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA CASCARILLA DEL CAFÉ (EN 100 g) Composición de la Componentes de café Fuente cascarilla en (g) Carbohidratos 57.8 17 Celulosa 43 Hemicelulosa 7 Humedad 12 Lípidos 1.5 – 2.0 Murthy y Naidu Fibra total 31.9 2012b, Janissen y Ceniza 6 Huynh 2018, Shemekite et al. Proteína 9.2 2014 Nitrógeno 1.8 Cafeína 1.2 Taninos 4.5 – 9.3 Ácido clorogénico 12.59 A escala mundial, la producción de café es aproximadamente 171.2 millones de bolsas de 60 Kg (USDA 2018). La cascarilla del café es un subproducto del café considerado como potencial biosorbente de MP (Jeguirim et al. 2017, Anastopoulos et al. 2017), está compuesta de piel exterior seca, pulpa y pergamino (Oliveira et al. 2008), el café genera cantidades considerables de cascarilla (Anastopoulos et al. 2017), por cada tonelada de granos de café se producen en promedio cerca de una tonelada de cáscaras, esto durante la fase del proceso en seco, pero en el proceso húmedo llega a ser casi el doble (Saenger et al. 2001). 18 Existen diferentes técnicas analíticas para caracterizar los residuos del café, primero el análisis de Transformada de Fourier (FTIR) que se emplea para evidenciar los grupos funcionales presentes (Anastopoulos et al. 2017), segundo el análisis de Brunauer, Emmett y Teller (BET) y el punto de carga cero (pHPZC) sirven para hallar el área superficial y el pH respectivamente, el pH afecta la ionización de los sitios activos e influye en la carga superficial y este al tomar el valor de cero se denomina carga cero pHPZC (Fiol y Villaescusa 2009), tiene carga negativa cuando el pH es mayor al pHPZC y positiva cuando es menor, estas interactúan con especies catiónicas y aniónicas respectivamente (Dulman y Cucu-Man 2009). Además, la cantidad de metal adsorbido es directamente proporcional a la superficie determinada (Tan 2010); por último, el análisis de microscopía electrónica de barrido (SEM) sirve para conocer la morfología de los adsorbentes (Anastopoulos et al. 2017, Oliveira et al. 2008). Gracias a estas caracterizaciones diversos estudios han evidenciado el poder biosorbente de la cascarilla y otros componentes del café en la remoción de MP (Cuadro VI). CUADRO VI. REMOCIÓN DE METALES PESADOS EMPLEANDO DIFERENTES COMPONENTES DEL CAFÉ Ion Componente del Remoción en (%) Fuente metálico café o (mg/g) Seniūnaitė et al. Granos de café 96 % 2014 Pb 2+ Cascarilla de café 230 mg/g Ede et al. 2014 Cascarilla de café 50.8 mg/g Berhe et al. 2015 Seniūnaitė et al. Granos de café 97 % Cu 2+ 2014 Residuos de café 70 mg/g Kyzas 2012 Cr 6+ Cascarilla de café 220 mg/g Ede et al. 2014 19 Cascarilla de café 59.5 mg/g Ede 2014 Granos de café Ni 2+ 24.3 mg/g Liu et al. 2015 agotados Zn 2+ Residuos de café 4.4 mg/g Wu et al. 2015 No obstante, existen diferentes variables que perturban el proceso de la biosorción, como es el pH, concentración del biosorbente, tiempo de contacto, concentración inicial del metal y la temperatura (Demirbas 2008, Anastopoulos et al. 2017, Jeguirim et al. 2017, Wang y Chen 2006). FACTORES QUE INFLUYEN EN LA BIOSORCIÓN El pH es un parámetro esencial del proceso de biosorción y está relacionada con la solubilidad de los metales (Cirik et al. 2012, Abdel-Aty et al. et al. 2013, Wang y Chen 2006, Farooq et al. 2010), puesto que, los iones de hidrógeno se forman en un adsorbato competitivo (Tejada et al. 2015). A medida que el pH aumenta, las fuerzas repulsivas entre H+ y los iones metálicos disminuyen y la sorción es más fácil (Morosanu et al. 2017), pero un valor de pH demasiado alto puede causar precipitación del analito (Wang y Chen 2006). Asimismo, la concentración del biosorbente es aquella dosis de biosorbente que está referido a los sitios de unión de metales en la biomasa (Monteiro et al. 2012, Zaib et al. 2016). Al incrementarse la cantidad de biosorbente habrá mayor remoción de MP debido a la disponibilidad de sitios activos (Rangabhashiyam y Balasubramanian 2018, Wang y Chen 2006). Por otro lado, el tiempo de contacto de biosorción es muy importante, ya que este parámetro muestra la optimización de la biosorción (Montazer-Rahmati et al. 2011, Wang y Chen 2006). Además, cuando se elimina una concentración 20 menor de Pb, el tiempo llega al equilibrio de biosorción (Albis et al. 2016). Además, la concentración inicial del metal es otro parámetro que proporciona una importante fuerza motriz para superar las resistencias de transferencia de masa del metal entre las fases acuosa y liquida (Sahmoune 2018). Por ello, a mayor concentración inicial del metal es mejor el proceso de biosorción (Wang y Chen 2006) Por último, la temperatura es una variable que afecta en el proceso de biosorción (Morosanu et al. 2017, Wang y Chen 2006), la temperatura aumenta la biosorción de metales, ya que aumenta los sitios activos del biosorbente (Park et al. 2010). No obstante, un aumento significativo de esta reduce la capacidad de biosorción y causa problemas en el biosorbente (Louhab et al. 2006, Tejada et al. 2015, Farooq et al. 2010). CONCLUSIONES Las industrias galvánicas, eléctricas, de pesticidas y minería son las principales fuentes de contaminación por plomo en el ambiente, generando desequilibrios en los componentes de las matrices ambientales como, reducción del tamaño de las plantas, disminución de la biodiversidad, degradación de los suelos, la acidificación de las aguas y como consecuencia la aparición de nuevas enfermedades afectando significativamente la salud pública. En el Perú la contaminación por plomo supera los ECA para agua y suelo en más de 100 y 10 veces en cuencas hidrografías y parques respectivamente. Ante esta situación, la biosorción surge como una alternativa eficiente y sostenible para la eliminación de plomo II, presente en los cuerpos de aguas. 21 La biosorción es una técnica que utiliza residuos agrícolas como material biosorbente de metales pesados. Siendo la cascarilla del café es un residuo agrícola con alto potencial de remoción de plomo (II). Por ser unos de los productos más significativos que se comercializa en todo el mundo y su composición química diversos estudios han evidenciado el poder biosorbente de la cascarilla y otros componentes del café en la eliminación de metales pesados. El pH es un parámetro esencial en el proceso de biosorción pues su influencia está relacionada directamente con la solubilidad de los metales pesados. Lo que significa que a medida que el pH se incremente, las fuerzas repulsivas entre H+ y los iones metálicos disminuyen y la sorción es más fácil. Sin embargo, cuando el valor de pH es demasiado alto puede causar la precipitación del analito. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Abdel-Aty A.M., Ammar N.S., Abdel H.H. y Ali R.K. (2013). Biosorption of cadmium and lead from aqueous solution by fresh water alga Anabaena sphaerica biomass. J Adv Res. 4 (4), 367–374. DOI: 10.1016/j.jare.2012.07.004 Acharya J., Sahu J.N., Mohanty C.R. y Meikap B.C. (2009). 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