Cr(III) removal from tannery effluents using silica obtained from rice husk and modified silica

Abstract

Silica extracted from rice husk, which is represented as SRH, is inexpensive mesoporous silica useful for heavy metal removal from industrial waste effluents. SRH was synthesized through calcination at 650°C in an oxidant atmosphere obtaining a mesoporous silica with BET area of 297 m 2 g-1 and 2.3 nm of pore diameter average, respectively. The surface of this silica was modified through a post-synthesis route with amine and polyamine groups obtained at 16% and 47% of modified surface with amine or polyamine groups (SRH-NH 2 and SRH-triamine). The chromium(III) removal capacity of SRH and amine-modified silica was tested with stock solutions, observing a fast sorption process and reaching its equilibrium adsorption time in 20 min. The resulting Cr(III) removal capacity was 6.7, 22.1 and 34.3 mg g-1 for SRH, SRH-NH 2 and SRH-triamine silicas, respectively. SRH and SRH amine silicas were used to remove Cr(III) from a sample taken from a tannery waste effluent from the city of Leon, Guanajuato, Mexico, and displayed a 70% and 90% removal, respectively. Our results confirm the ability of these inexpensive silicas to adsorb materials and their potential use in heavy metals removal processes from industrial waste effluents.

Remoción de cromo (VI) en solución acuosa por la biomasa modificada del grano de arroz (Oriza sativa L.)

“…Se ha reportado una eficiencia de remoción máxima de 95 % durante tres horas para la remoción de cromo por la cáscara de arroz tratada con formaldehído (Tariq et al, 2019); remociones de Cr (VI) superiores al 94 % a un valor de pH 1.0 a las 12 horas de incubación con cascarilla de arroz (Doria-Herrera, Hormaza-Anaguano, & Gallego-Suarez, 2011); remoción de Cr (VI) por residuos de arroz a un pH entre 1.5 y 2.0 y 5 horas de contacto con temperatura controlada (Kumar-Naiya, Singha, & Kumar-Das, 2011); unas eficiencias de remoción de 49.2, 54.5 y 72.8 %, a partir de efluentes industriales para las biomasas de ceniza de cascarilla de arroz, cascarilla de arroz activada con H3PO4 y ceniza de cascarilla de arroz activada con NaOH, respectivamente, con un rango de pH entre 0 y 5.0, a las 24 horas de desarrollo (Rodríguez, Salinas, Ríos, & Vargas, 2012); porcentajes de remoción de 71 y 76.5 % para la cáscara de arroz tratada con calor y formaldehido, respectivamente, a un pH de 2.0 y 3 2022, Instituto Mexicano de Tecnología del Agua Open Access bajo la licencia CC BY-NC-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/) 490 Tecnología y ciencias del agua, ISSN 2007ISSN -2422(3), 478-509. DOI: 10.24850/j-tyca-2022-03-10 horas de desarrollo (Bansal et al, 2009); una eliminación del 99 % de cromo (III) a partir de efluentes de curtiduría utilizando sílice modificada obtenida de la cáscara de arroz, en un rango de pH entre 2.3 y 4.0 en 20 minutos (Gutiérrez-Valtierra et al, 2019). El cromo (VI) se encuentra como HCrO4 -, Cr2O7 2-, CrO4 2-, Cr4O13 2-, Cr3O10 2- (Rollinson, 1973).…”

“…Por otro lado, a mayor concentración de la biomasa hay mayor remoción del metal en solución (Figura 5), pues hay más sitios de adsorción del metal, pues la cantidad de adsorbente añadido determina el número de sitios de unión disponibles para la adsorción del metal (Cervantes et al, 2001). Resultados similares se han reportado para la remoción de Cr (VI) con la biomasa de la cáscara de arroz tratada con calor y formaldehído (Bansal et al, 2009); cascarilla de arroz (Doria-Herrera et al, 2011), para la eliminación de cromo (III) a partir de efluentes de curtiduría utilizando sílice modificada obtenida de la cáscara de arroz (Gutiérrez-Valtierra et al, 2019); para la remoción de níquel, cromo y manganeso, por biomasas como arroz crudo, carbonizado, mijo y hojas de maíz (Batagarawa & Ajibola, 2019); para la remoción de cobalto (II) con cáscara de arroz (Swelam et al, 2016), y para la eliminación de derivados de piridina usando como adsorbente cáscara de arroz y cenizas de la misma (Lataye et al, 2009), pero son diferentes a lo reportado para la remoción de níquel usando cenizas de la cáscara de arroz, donde se encuentra que a mayor concentración de biomasa, la remoción es menor (Lin & Wang, 2011). Por otra parte, los reportes sobre aplicaciones de biomasas naturales y microorganismos para estudios de remediación de aguas y tierras contaminados con cromo (VI) son escasos, por ejemplo, se ha reportado la eliminación de cobre, níquel y cromo (VI) de aguas contaminadas, usando como adsorbente la semilla de Moringa oleífera (Landázuri, Cahuasquí, & Lagos, 2019); la remoción de cromo (VI) de aguas residuales por medio de residuos de la pulpa de café (Gómez -Aguilar, Rodríguez-Miranda, Esteban-Muñoz, & Betancur, 2019), por café molido (Krishna-Mohjan, Naga-Babu, Kalpana, & Ravindhranath, 2019), y paja de elote (Ma et al, 2019); y la remoción de fenol y cromo (VI) por materiales derivados de biomasa de algas (Cui, Masud, Aich, & Atkinson, 2019).…”

“…Por lo anterior, y con objeto de analizar el posible uso de la biomasa de la cáscara de arroz para eliminar cromo (VI) de desechos industriales, se adaptó un ensayo de remediación en solución acuosa, incubando 10 g de biomasa tratada con suelo no estéril, contaminada con 100 mg cromo (VI)/g de suelo (ajustado) y 100 ml de agua contaminada con 100 mg de Cr(VI) (ajustado), resuspendiendo el suelo en agua tridesionizada a 28 ºC y 100 rpm, observando que después de 10 días de experimentación se remueve el 71 y 73 % del metal de las muestras de suelo y agua contaminadas, sin cambios significativos en el contenido de cromo total (Figura 6), lo cual coincide con los reportes de la literatura Tecnología y ciencias del agua, ISSN 2007ISSN -2422(3), 478-509. DOI: 10.24850/j-tyca-2022-03-10 con diferentes biomasas y microorganismos, como la remoción de cromo (VI) de aguas residuales sintéticas bajo diferentes condiciones experimentales por la biomasa de la cáscara de arroz tratada con calor y formaldehído (Bansal et al, 2009) del mismo metal en aguas de curtiembre simuladas a condiciones de laboratorio con cascarilla de arroz (Doria-Herrera et al, 2011); un 70 % de remoción de cromo (III) de desechos de una tenería de la ciudad de León, Guanajuato, México, con sílice modificada con grupos amino y poliamino, obtenida de la cáscara de arroz (Gutiérrez-Valtierra et al, 2019); la remoción de cromo, plomo y níquel de aguas residuales con cáscara de arroz tratada con formaldehído (Tariq et al, 2019); la remoción de plomo de aguas residuales con cáscara de arroz (Sovattei, Bacani, Promentilla, Hinode, & Seingheng, 2013); la disminución significativa de la concentración de metales pesados y arsénico de aguas provenientes de la minería formal de Cerro de Pasco, Sierra Central, Lima, Perú, utilizando jabón sin excipientes y cascarilla de arroz (Alcántara, 2020); y la eliminación de plomo de acumuladores de automóviles con carbón activado de cáscara de arroz tratado con Na2CO3 (Hanum et al, 2017).…”