Inmovilización de mercurio en suelos contaminados con relaves mineros usando Biochar procedente de huesos de aceitunas modificado con TIOL

Abstract

El mercurio es un metal pesado considerado como uno de los diez contaminantes de preocupación por la Organización Mundial de la Salud. Su persistencia, movilidad y toxicidad hacen de este un compuesto de alto riesgo para la salud humana. La inmovilización del mercurio del suelo es una técnica de remediación que permite reducir su movilidad y biodisponibilidad, evitando así su ingreso en la cadena trófica. El biochar es un bioadsorbente que puede ser usado para este fin. En este trabajo de investigación se preparó un biochar en base a polvo de huesos de aceituna y modificado con tiol para la inmovilización del mercurio en el suelo. Tanto el polvo de huesos de aceituna como el biochar se caracterizaron usando diversas técnicas de análisis como FTIR, DRX, SEM-EDS, entre otros. El análisis químico del biochar evidenció que la funcionalización de la superficie con grupos tiol se realizó de manera exitosa. Asimismo, se muestreó y caracterizó un suelo contaminado con relave procedente de los relaves mineros en la Facultad de Ingeniería Geológica, Minera y Metalúrgica de la Universidad Nacional de Ingeniería Sector A que se compone principalmente de arena, tiene un pH ácido y una elevada concentración de metales pesados. La inmovilización del mercurio en el suelo contaminado, con el biochar preparado se evaluó con varios ensayos de incubación del suelo durante 10 semanas y con diferentes tratamientos. Los tratamientos con polvo de huesos de aceituna y biochar lograron inmovilizar entre 56 - 70 % y 54 - 73 % respectivamente del mercurio disponible en el suelo. Esta inmovilización puede deberse a varios mecanismos de inmovilización entre los que podría predominar la formación de complejos entre los grupos funcionales en la superficie del biochar, la biomasa y el mercurio en el suelo. Asimismo, mediante un análisis de efectos individuales de los principales factores: A (t, sem) y B (g biochar/g suelo o g hueso /g suelo) y sinergia dupla AB (t, sem x g biochar/g suelo o t, sem x g hueso /g suelo), se pudo observar que el factor A (t, sem) fue el más significativo en la inmovilización (%Inm, a) usando tanto biochar como polvo de huesos de aceitunas en suelo contaminados con mercurio (diagramas de Pareto), se observa que el tiempo del ensayo es el único efecto positivo y significativo en ambas pruebas de inmovilización realizadas. Este análisis de efectos puede resumirse así: (1) Inmovilización usando biochar. A >>>> AB > B y (2) Inmovilización usando polvo de huesos de aceituna: A>>>>B>AB. Además, los resultados confirman que la adición de biochar y polvo de huesos de aceituna redujeron la concentración de mercurio disponible en el tiempo. Finalmente, los ajustes realizados con los modelos MRQIPSE, MRQIPSC y MRCNA a los resultados del % inmovilización garantiza la reacción química con nucleación aleatoria o reacción continua entre el mercurio presente en el suelo y el tiol formado por la mezcla del 2.8 mL de anhídrido acético (98.5 %), 0.2 mL de ácido sulfúrico (95 %) y 4 mL de 2-mercaptoetanol.

Mercury is a heavy metal considered one of the ten pollutants of concern by the World Health Organization. Its persistence, mobility and toxicity make this a high risk compound for human health. The immobilization of mercury from the soil is a remediation technique that reduces its mobility and bioavailability, thus preventing its entry into the food chain. Biochar is a bioadsorbent that can be used for this purpose. In this research work, a biochar was prepared based on olive stone powder and modified with thiol for the immobilization of mercury in the soil. Both the olive stone powder and the biochar were characterized using various analysis techniques such as FTIR, XRD, SEM-EDS, among others. The chemical analysis of the biochar showed that the functionalization of the surface with thiol groups was carried out successfully. Likewise, a soil contaminated with tailings from mining tailings in the Faculty of Geological, Mining and Metallurgical Engineering at the National University of Engineering Sector A, which is mainly composed of sand, has an acidic pH and a high concentration of heavy metals, was sampled and characterized. The immobilization of mercury in the soil contaminated with the prepared biochar was evaluated with several soil incubation tests for 10 weeks and with different treatments. The treatments with olive stone powder and biochar were able to immobilize between 56 -70 % and 54 -73% respectively of the available mercury in the soil. This immobilization may be due to several immobilization mechanisms among which the formation of complexes between the functional groups on the surface of the biochar, the biomass and the mercury in the soil could predominate. Likewise, by means of an analysis of individual effects of the main factors: A (t, sem) and B (g biochar/g soil or g bone /g soil) and double synergy AB (t, sem x g biochar/g soil or t, sem x g bone /g soil), it was possible to observe that factor A (t, sem) was the most significant in immobilization (%Inm, a) using both biochar and olive stone powder in soil contaminated with mercury (Pareto diagrams)., it is observed that the test time is the only positive and significant effect in both immobilization tests performed. This analysis of effects can be summarized as follows: (1) Immobilization using biochar. A >>>> AB > B and (2) Immobilization using olive stone powder: A>>>>B>AB. Furthermore, the results confirm that the addition of biochar and olive pit powder reduced the concentration of available mercury over time. Finally, the adjustments made with the MRQIPSE, MRQIPSC and MRCNA models to the immobilization % results guarantee the chemical reaction with random nucleation or continuous reaction between the mercury present in the soil and the thiol formed by the mixture of 2.8 mL of acetic anhydride (98.5 %), 0.2 mL of sulfuric acid (95 %) and 4 mL of 2-mercaptoethanol.