CAPACIDAD ADSORTIVA DEL CARBÓN ACTIVADO OBTENIDO DEL EPICARPIO DE Citrus sinensis EN LA REMOCIÓN DE
INDIGOTINA
Publicación Cuatrimestral. Vol. 7, No 1, Enero/Abril, Ecuador (p. 1-16) 1
Publicación Cuatrimestral. Vol. 7, No 1, Enero/Abril, 2022, Ecuador (p. 1-16). Edición continua
https://revistas.utm.edu.ec/index.php/Basedelaciencia/index
revista.bdlaciencia@utm.edu.ec
Universidad Técnica de Manabí
DOI: https://doi.org/10.33936/revbasdelaciencia.v7i1.3511
CAPACIDAD ADSORTIVA DEL CARBÓN ACTIVADO OBTENIDO DEL
EPICARPIO DE Citrus sinensis EN LA REMOCIÓN DE INDIGOTINA
Sedolfo Carrasquero
1*
, Altamira Díaz
2
, Gilberto Colina
2
1
Programa de Ingeniería Ambiental e Industrial. Facultad de Grado. Universidad Tecnológica Empresaria de Guayaquil
(UTEG). Guayaquil, Ecuador. E-mail: sedolfocarrasquero@gmail.com
2
Departamento de Ingeniería Sanitaria y Ambiental (DISA). Facultad de Ingeniería. Universidad del Zulia. Maracaibo,
Venezuela. E-mail: adiaz@fing.luz.edu.ve
3
Vicerrectorado de Investigación. Universidad Católica Santa María, Arequipa, Perú. E-mail: gjcolinaa@gmail.com
*Autor para la correspondencia: sedolfocarrasquero@gmail.com
Recibido: 04-06-2021 / Aceptado: 01-11-2021 / Publicación: 1-1-2022
Editor Académico: Michael Azael Ludeña Huaman
RESUMEN
La industria textil genera efluentes altamente coloreados y constituidos por compuestos difícilmente biodegradables. En
esta investigación se evaluó la capacidad adsortiva del carbón activado preparado a partir del epicarpio de Citrus sinensis
en la remoción del colorante azul índigo (indigotina). El carbón se obtuvo mediante un proceso de activación química del
precursor con H
3
PO
4
al 40% durante 1 h. Posteriormente, se caracterizó por medio de los parámetros: densidad aparente,
humedad, cenizas e índice de yodo. Se comparó la capacidad adsortiva del carbón de Citrus sinensis (CACN) con un
carbón comercial (CAC), mediante la realización de ensayos por carga. El carbón activado preparado a partir de las
cáscaras de naranja presentó una densidad aparente de 0,459 g/mL, lo que indica que puede ser utilizado en procesos de
adsorción por carga debido a su alta resistencia mecánica. Los resultados del proceso de adsorción se ajustaron mejor al
modelo de Freundlich, ya que existió una mejor linealidad y una menor dispersión de los datos experimentales; así como
bajos valores de la suma de los cuadrados de los errores relativos. Se obtuvieron porcentajes de remoción de indigotina
para el carbón activado de cáscaras de naranja y el carbón activado comercial de 70,35% y 88,78%, con dosis óptimas de
8 y 2 g/L tratando aguas sintéticas con concentraciones iniciales de 67 y 37 mg indigotina/L, respectivamente, lo que
indica que estos materiales adsorbentes pueden de ser empleados en el tratamiento de efluentes textiles para la reducción
del azul índigo.
Palabras clave: adsorción, carbón activado, cáscaras de naranja, indigotina.
ADSORPTIVE CAPACITY OF ACTIVATED CARBON OBTAINED FROM
EPICARP OF Citrus sinensis IN THE INDIGOTINE REMOVAL
ABSTRACT
The textile industry generates highly colored effluents made up of hardly biodegradable compounds. The adsorptive
capacity of activated carbon prepared from the epicarp of Citrus sinensis in the removal of indigo blue dye (indigotine)
Artículo de Investigación
Ciencias Químicas
Artículo de Investigación
Sedolfo Carrasquero, Altamira Díaz, Gilberto Colina
2
was evaluated in this research. The carbon was obtained through a process of chemical activation of the precursor with
H
3
PO
4
(40%) during one hour. The activated carbon obtained was characterized by the parameters: density, humidity, ash
and iodine index. The adsorptive capacity of Citrus sinensis carbon (CACN) with a commercial carbon (CAC) was
compared by carrying out batch tests. Activated carbon prepared from orange peels presented an apparent density of 0.459
g/mL, which indicates that it can be used in charge adsorption processes due to its high mechanical resistance. The results
of the adsorption process were better adjusted to the Freundlich model, given the better linearity and a smaller dispersion
of the experimental data; as well as low values of the sum of the squares of the relative errors. Indigotine removal
percentages were obtained for activated charcoal from orange peel and commercial activated carbon of 70.35 % and 88.7
8%, with optimal doses of 8 and 2 g/L treating synthetic waters with initial concentrations of 67 and 37 mg indigotine/L,
respectively, which indicates that these adsorbent materials can be used in the treatment of textile effluents for the
reduction of indigo blue.
Keywords: physicochemical treatment, coagulation, industrial wastewater, effluent, bentonite, ferric chloride, aluminum
sulfate.
CAPACIDADE ADSORTIVA DE CARBONO ATIVADO OBTIDO DA
EPICARPIA DE Citrus sinensis NA REMOÇÃO DE INDIGOTINA
RESUMO
A indústria têxtil gera efluentes altamente coloridos formados por compostos dificilmente biodegradáveis. Nesta pesquisa,
foi avaliada a capacidade adsortiva do carvão ativado preparado a partir do epicarpo de Citrus sinensis na remoção do
corante azul índigo (indigotina). O carvão foi obtido por meio de um processo de ativação química do precursor com 40%
de H
3
PO
4
por 1 h. O carvão ativado obtido foi caracterizado por meio dos parâmetros: densidade aparente, umidade,
cinzas e índice de iodo. A capacidade adsortiva do carbono Citrus sinensis (CACN) foi comparada com a do carbono
comercial (CAC), por meio de testes de carga. O carvão ativado preparado a partir de cascas de laranja apresentou
densidade aparente de 0,459 g/mL, o que indica que pode ser utilizado em processos de adsorção de carga devido à sua
alta resistência mecânica. Os resultados do processo de adsorção foram mais bem ajustados ao modelo de Freundlich,
devido ao fato de que houve melhor linearidade e menor dispersão dos dados experimentais; bem como baixos valores da
soma dos quadrados dos erros relativos. As porcentagens de remoção de indigotina foram obtidas para carvão ativado de
cascas de laranja e carvão ativado comercial de 70,35% e 88,78%, com doses ótimas de 8 e 2 g/L tratando águas sintéticas
com concentrações iniciais de 67 e 37 mg de indigotina/L, respectivamente, que indica que esses materiais adsorventes
podem ser usados no tratamento de efluentes têxteis para a redução do azul índigo.
Palavras-chave: adsorção, carvão ativado, cascas de laranja, indigotina
Citación sugerida: Carrasquero, S., Díaz, A., Colina, G. (2022). Capacidad adsortiva del carbón activado obtenido del
epicarpio de citrus sinensis en la remoción de indigotina. Revista Bases de la Ciencia, 7(1), 1-16. DOI:
https://doi.org/10.33936/revbasdelaciencia.v7i1.3511
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INDIGOTINA
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1. INTRODUCCIÓN
La industria textil es considerada como uno de los principales generadores de desechos peligrosos
debido a que producen grandes cantidades de efluentes altamente coloreados y constituidos por
compuestos difícilmente biodegradables (Amjad y Qayyum, 2007). Este sector industrial utiliza una
gran variedad de colorantes sintéticos, que suelen descargarse en concentraciones elevadas en los
residuos líquidos, puesto que la fijación de estos colorantes por las telas es muy pobre (Bernal et al.,
2017; Cortazar Martínez et al., 2003).
A pesar de que la estructura de los colorantes es de naturaleza orgánica, su degradación es lenta y
difícil, puesto que los organismos presentes en la naturaleza no poseen mecanismos adecuados para
realizar su rápida descomposición y esto genera que se acumulen en los ecosistemas (Holkar et al.,
2016).
Dentro de los colorantes sintéticos ampliamente usados en la actualidad se encuentra el azul índigo
(indigotina), empleado en el teñido y confección de pantalones de mezclilla (de Keijzer et al., 2012).
En la literatura científica se reporta el uso de varias operaciones físicas y procesos químicos para la
remoción de colorantes, entre los que se encuentran: la coagulación, oxidación química, procesos de
separación de membrana, reactores electroquímicos, filtración y ósmosis reversa, entre otros (Bermeo
y Tinoco, 2016; Gilpavas et al., 2018). No obstante, estos métodos de tratamiento resultan costosos
al momento de su aplicación, por lo que se requiere la búsqueda de otras alternativas que presenten
una mayor relación costo-eficiencia.
En tal sentido, la adsorción con carbón activado elaborado a partir de precursores naturales, es un
proceso altamente selectivo, de elevada eficiencia y bajo costo debido a que los materiales
adsorbentes obtenidos presentan grandes áreas superficiales y estructuras porosas (Singh et al., 2003).
Diversas investigaciones revelan el potencial de utilizar materiales lignocelulósicos de bajo costo y
abundante disponibilidad como precursores naturales para la producción de carbones activados. Estos
materiales son las fibras de coco (Kadiverlu y Namasivayam, 2003), cáscaras de plátano (Arrocha et
al., 2019), cáscara de limón (Citrus limonum) (Carrasquero et al., 2016), cáscara de naranja (Citrus
sinensis) (Pandiarajan et al., 2018), entre otros. Por esta razón, el objetivo de la investigación fue
evaluar el potencial que tiene el carbón activo preparado a partir de las cáscaras de naranja (Citrus
sinensis) para remover el colorante azul índigo (indigotina) de aguas sintéticas.
2. MATERIALES Y MÉTODOS
2.1. Activación y carbonización del precursor
Sedolfo Carrasquero, Altamira Díaz, Gilberto Colina
4
Para obtención del carbón activado se utilizó el método desarrollado por Carrasquero et al. (2016).
Las cáscaras de naranja utilizadas provenían de diferentes puntos de venta de jugos ubicados en la
Circunvalación No. 1, Maracaibo, Estado Zulia, Venezuela. Para la obtención del carbón activado se
procedió a limpiar las cáscaras con suficiente agua desionizada eliminando las impurezas.
Posteriormente, las cáscaras fueron secadas a temperatura ambiente (25 ± 2 °C) y cortadas en trozos
de 0,5 x 0,5 cm. Como agente activante se utilizó ácido fosfórico al 40% v/v durante 1 hora, y se
empleó una alta relación precursor: ácido de 1:1 p:v (1 g de cáscara por 1 mL de ácido).
La pasta obtenida se incineró en una mufla (Shimaden, modelo SR-500) a 500 ± 10°C, por espacio
de 1 hora. El carbón fue lavado primero con agua caliente (95 ± 1°C) y después con una solución de
hidróxido de sodio (0,02 N) hasta alcanzar un pH entre 6,5 y 7,0. Luego se secó durante 12 horas en
una estufa (Fisher Isotemp, modelo Senior) calibrada a una temperatura de 105 ± 1 °C. El carbón
activado obtenido se tamizó para obtener una distribución de partículas uniformes. Para ello, se tomó
el polvo compuesto por las partículas retenidas entre los tamices No. 6 y 4 ASTM (0,85 mm<Φ<1,00
mm.). Una vez preparado el carbón activo de la cáscara de naranja, se codificó como CACN.
2.2. Caracterización del carbón activado
La determinación de algunas propiedades fisicoquímicas, tales como densidad aparente, cenizas,
humedad e índice de yodo se realizaron bajo los procedimientos descritos en las normas ASTM
D2854-96 (2000), ASTM D2866-94 (1999), ASTM D2867-99 (1999), ASTM D4607- 94 (2011),
respectivamente.
2.3. Determinación del espectro de adsorción del colorante
Se realizó un barrido espectral a una solución de indigotina de 36 mg/L, y se registró la absorción a
diferentes longitudes de onda () desde 250 hasta 850 nm. El equipo utilizado fue un
espectrofotómetro UV-visible (ThermoScientific, modelo Genesis 20).
2.4. Procesos de adsorción por carga e isotermas de adsorción
Los estudios de adsorción en fase líquida se ejecutaron a una temperatura de 25 °C con agitación
constante de 100 rpm, para lo cual se utilizó un agitador eléctrico tipo Bach (Burrel Scientific, modelo
75) durante 60 minutos. Primero, se preparó soluciones de indigotina de 10; 20; 40; 60; 80 y 100
mg/L, luego se colocó 0,8 g de carbón activado preparado (CACN) y carbón activado comercial
(Norit-A, Brian Chemical), codificado como CAC, en fiolas con 100 mL de la solución de indigotina
para cada concentración. El ensayo se realizó por triplicado.
La cantidad de indigotina que fue adsorbida por el carbón activado preparado y el comercial se calculó
de acuerdo a la Ecuación 1.
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INDIGOTINA
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
 (1)
Donde q es la cantidad de indigotina adsorbida (mg/g), Co es la concentración inicial de la solución
(mg/L), Ce es la concentración en el equilibrio de la fase líquida (mg/L), m es el peso del adsorbente
(g) y v es el volumen de la solución.
Los resultados obtenidos fueron ajustados a los modelos de Langmuir y Freundlich. Para ambos
modelos, se calculó la suma de los cuadrados de los errores relativos según la ecuación de Myers, por
medio de la Ecuación 2.



(2)
2.5. Efecto de la masa de carbón activado sobre la remoción de indigotina
Después de haber determinado las isotermas de adsorción para el carbón activo CACN y el CAC, se
procedió a evaluar el efecto de la variación de la masa de carbón activado sobre la remoción de
indigotina. La masa de carbón activado que se utilizó fue 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 y 1,0 g, para una
solución con una concentración inicial de indigotina de 37 y 67 mg/L, para CAC y CACN,
respectivamente.
2.6. Análisis estadístico de los datos
Los resultados de los parámetros fisicoquímicos medidos en la caracterización de CACN y CAC
fueron expresados mediando estadística descriptiva, valores de tendencia central (media) y su
dispersión (desviación estándar). De igual manera, los valores medios de los parámetros
fisicoquímicos se compararon mediante un análisis de varianza de una sola vía utilizando el programa
estadístico SPSS, versión 20.0.
Las pruebas de adsorción de la sección 2.4. se realizaron mediante un diseño completamente al azar
de dos factores (AxB). Los factores fueron: el tipo de carbón, que presentó dos niveles CACN y CAC,
y la concentración inicial de indigotina que varió en seis niveles,10; 20; 40; 60; 80 y 100 mg/L. Se
realizaron un total de 12 tratamientos, con tres replicas cada una, para un total de 36 pruebas de
adsorción. Los resultados obtenidos para la capacidad adsortiva del CACN y el CAC se compararon
mediante un análisis de varianza y separación de medias a través de la prueba de Tukey. Asimismo,
los resultados del efecto de la masa de carbón activado sobre la remoción de indigotina fueron
comparados mediante un análisis de varianza y separación de medias a través de la prueba de Tukey,
para lo cual se utilizó el programa estadístico SPSS, versión 20.0
Sedolfo Carrasquero, Altamira Díaz, Gilberto Colina
6
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. Caracterización de los adsorbentes
Las características fisicoquímicas del carbón activado preparado a partir de las cáscaras de naranja y
del carbón activado comercial se muestran en la Tabla 1. El porcentaje de cenizas del carbón
preparado y el comercial son cercanos al porcentaje de cenizas del carbón activado preparado a partir
de residuos de Zea mays (Torres-Pérez et al. 2020).
Tabla 1. Caracterización fisicoquímica de los carbones activados CACN y CAC.
Adsorbente
Densidad
aparente
(g/mL)
Media ± DE
Cenizas
(%)
Media ±
DE
Humedad
(%)
Media ±
DE
Índice de
yodo
(mg I
2
adsorbido/g
carbón) ± DE
CACN
0,46 ± 0,00
a
6,56±1,43
a
22,08 ±
0,71
a
527,80
b
± 6,20
CAC
0,43 ± 0,01
b
6,15±1,27
a
12,15
±1,11
b
609,80
a
±
3,20
CACN
0,94
33,10
25,20
542,94 ± 8,40
CABC
0,3072
17,50
2,70
NR
CAB (25:75)
0,23
11,65
4,95
NR
CAA
0,42
5,65
6,65
562,64
Nota: Media con letras distintas en la misma columna y fila que existen diferencias significativas a través de la prueba de
Tukey. CACN: carbón activado de cáscaras de naranja. CAC: carbón comercial. CABC: carbón activado de bagazo de
caña de azúcar. CAB: Carbón activado obtenido a partir de 25% de cáscara de algarrobo y 75% de bagazo de caña de
azúcar. CAA: carbón activado de cáscara de algarrobo. DE: desviación estándar. NR: No reporta.
Fuente: Elaboración propia.
Se obtuvo que el CACN presento una densidad aparente de 0,459 g/mL, por lo que dicho carbón
puede utilizarse para procesos de adsorción a flujo continuo y procesos por carga por su alta
resistencia mecánica. Según el criterio de Ahmedna et al. (1997) y Basso et al. (2002), quienes
establecen como valor de referencia una densidad mínima de 0,3 g/mL.
El índice de yodo (I
2
adsorbido/g carbón) es una expresión para medir indirectamente el área
superficial de carbones activados, a partir de la medición de los miligramos de yodo absorbido por
un gramo de carbón activado (Feijoo et al., 2019). Los valores de índice de yodo fueron de 527,8 y
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609,8 mg para el CACN y CAN, respectivamente. Un mayor índice de yodo implica una mayor área
superficial y por ende una mayor capacidad adsortiva de indigotina durante los ensayos por carga. El
CACN presentó un valor de índice de yodo mayor al mínimo considerado para su comercialización
(500 mg I
2
/g de carbón) (Carrasquero et al. 2016).
3.2. Espectro de adsorción del colorante
En la Figura 1 se presenta el espectro de absorción de la solución de indigotina. Las lecturas de
absorbancia del espectro permitieron establecer la longitud de onda óptima para la medición de este
colorante. La mayor absortividad, es decir, la máxima absorción molecular se obtuvo a 570 nm.
Figura 1. a) Espectro de absorción del colorante indigotina b) Estructura química.
Fuente: Elaboración propia.
Estos resultados se corresponden con la literatura, ya que una solución de indigotina debe presentar
la máxima absorbancia en la región naranja (575-600 nm) del espectro visible, debido a que absorbe
el color naranja de la radiación blanca que llega y transmite el componente azul que no ha sido
alterado (Skoog et al., 1995). Según Balan y Monteiro (2001) y Lakshami et al. (2009), el colorante
índigo presenta la máxima absorción entre 570 y 680 nm.
3.3. Ensayos de adsorción por carga
En la Tabla 2 se muestran las concentraciones iniciales y residuales de indigotina en las aguas
sintéticas tratadas con el carbón activado y comercial. La aplicación de CACN permitió reducir las
concentraciones de indigotina en todos los ensayos realizados. Sin embargo, los menores valores
residuales de indigotina se registraron cuando se utilizó el CAC.
Sedolfo Carrasquero, Altamira Díaz, Gilberto Colina
8
Tabla 2. Comparación de la capacidad adsortiva de CACN y CAC
Co
(mg/L)
CR CACN
(mg/L)
CR CAC
(mg/L)
q CACN
(mg/g)
q CAC
(mg/g)
Remoción
CACN (%)
Remoción
CAC (%)
Media ± DE
Media ±
DE
Media ± DE
Media ± DE
Media ± DE
Media ± DE
10
6,45±0,86
1,61±0,08
0,49±0,11
k
0,98±0,03
j
37,90±8,24
h
83,07±0,15
d
20
9,33±1,50
1,91±0,43
1,33±0,19
i
2,24±0,06
h
53,54±7,46
g
90,38±2,16
c
40
14,03±0,43
2,97±0,64
3,32±0,05
g
4,78±0,08
f
65,52±1,05
f
92,68±1,58
b,c
60
18,27±0,43
2,97±1,07
5,19±0,06
e
6,99±0,14
d
69,74±0,70
e
94,96±1,82
b
80
23,12±0,86
0,85±0,21
7,18±0,04
d
9,68±0,06
c
71,45±1,06
e
98,92±0,27ª
100
28,72±0,21
2,21±0,86
8,99±0,18
b
12,01±0,082ª
71,73±0,21
e
97,77±0,86
a
Nota: Media con letras distintas en la misma columna y fila que existen diferencias significativas a través de la prueba de
Tukey (p≤0,05). CR = Concentración residual. CACN=carbón de naranja. CAC=carbón comercial. DE=desviación estándar. Co:
Concentración inicial de indigotina. número de repeticiones =3.
Fuente: Elaboración propia.
Para los dos carbones evaluados, CACN y CAC, la capacidad total de adsorción (q) tuvo una marcada
tendencia a incrementar con el aumento de la Co, lo cual se atribuye a la tendencia de q a conseguir
el equilibrio interfásico (sólido-líquido) a medida que el carbón se expone a mayor cantidad de
adsorbato (Jung et al., 2001). De igual manera, se obtuvieron diferencias significativas (p≤0,05)
entre los valores de capacidad adsortiva para todas las concentraciones iniciales, registrando
valores superiores a 5 mg/g (Indigotina/carbón activado) para las concentraciones iniciales superiores
a 60 mg/L.
Al respecto, Ahmad y Hammed (2010) reportaron que la fuerza motriz de la adsorción es la diferencia
de concentración entre el soluto, en el adsorbente y en la disolución. Un gradiente de concentración
bajo causa un transporte lento debido a una disminución del coeficiente de difusión o coeficiente de
transferencia de masa; éste mejora Balan al aumentar la concentración inicial, debido a que ocurre un
transporte más rápido y, en consecuencia, aumenta la capacidad de adsorción (Castellar et al., 2013;
Chatterje et al., 2005; Chiou y Li, 2003).
Asimismo, este comportamiento también fue obtenido por Carrasquero et al. (2016) y Sánchez et al.
(2013) durante la adsorción de Ca y Cr utilizando carbones activados preparados a partir de cáscaras
de naranja y bagazo de caña de azúcar.
Se observa que el CAC permitió obtener valores residuales de indigotina luego de las pruebas de
adsorción menores a 3 mg/L para todo el rango de concentraciones iniciales (10 – 100 mg/L). Por su
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parte, el tratamiento con CACN generó efluentes con valores residuales superiores a 6,00 mg/L. Los
porcentajes de remoción para el CACN oscilaron entre 37,90 y 71,73%, siendo mayores a 60%
cuando la concentración inicial de indigotina fue mayor o igual a 40 mg/L. Esto significa que estos
adsorbentes pueden de ser empleados en tratamientos de efluentes textiles para la remoción de
colorantes y brindar un buen desempeño en los sistemas de adsorción. No se encontraron diferencias
significativas (p>0,05) entre los porcentajes de remoción obtenidos para las concentraciones iniciales
mayores o iguales a 60 mg/L para el CACN.
Se obtuvo que la mayor capacidad adsorción y el mayor porcentaje de remoción fue para el CAC en
cada concentración inicial evaluada, obteniendo diferencias significativas (p≤0,05) al compararlo con
el CACN. El uso del carbón activo en la adsorción de indigotina es favorecido, en primer lugar, por
las fuerzas de dispersión y a las interacciones entre los electrones π de los sitios ácidos de Lewis en
el plano basal del carbón activado y los electrones libres de las moléculas de indigotina presentes en
los anillos aromáticos y enlaces múltiples y, en segundo lugar, a los enlaces de hidrógeno (Orfão et
al., 2006).
El carbón activado preparado a partir del precursor natural presentó porcentajes de remoción de
indigotina que se encuentran entre los rangos reportados para otros adsorbentes y adsorbatos.
Ensuncho et al. (2015) con tres tipos de precursores: carbón de cáscara de coco, cascarilla de arroz y
tusa de maíz, reportaron porcentajes de remoción de rojo allura que oscilaron entre 55% y 90%, 32 y
60% y entre 70 y 92%, respectivamente.
A partir de los valores de la Tabla 2, se graficó q vs Ce para así determinar las isotermas de adsorción
de indigotina. En la Figura 2 se muestra las isotermas de adsorción por los carbones activados
utilizados. La isoterma de la indigotina sobre el CACN mostró una forma del tipo S. La forma inicial
de la isoterma fue cóncava respecto al eje de ordenadas, por lo que la adsorción se vio favorecida a
medida que aumenta la concentración de la fase líquida (Cabal Álvarez, 2009). Este tipo de isotermas
es indicativo de que a bajas concentraciones del soluto en la solución acuosa existe poca afinidad
entre el soluto y el adsorbente. Esta afinidad se incrementa en la medida que aumenta la concentración
de soluto en la solución, hasta un cierto valor de concentración donde se produce una saturación de
los sitios de adsorción. Esta saturación no fue observada en esta investigación para el CACN, por lo
que el carbón activado no perdió capacidad adsortiva.
Sedolfo Carrasquero, Altamira Díaz, Gilberto Colina
10
Figura 2. Isoterma de adsorción de la indigotina sobre el CACN (a) y CAC (b).
Fuente: Elaboración propia.
El subgrupo de la clasificación de Giles de las isotermas hace referencia a los mecanismos de
adsorción. La isoterma de la indigotina sobre el CACN corresponde a un subgrupo 1, que indica que
la adsorción ocurre a través de monocapas de adsorbatos que se van completando y que la monocapa
no ha sido completada
Con respecto a la isoterma de la indigotina sobre el CAC mostró una forma del tipo S subgrupo 2
según la clasificación de Giles (Figura 2b). A diferencia de la isoterma sobre el CACN, en el CAC
se puede identificar una meseta de adsorción, que se corresponde con el llenado de la monocapa sobre
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la superficie del absorbente, con un aumento posterior que representa el desarrollo de una segunda
capa sobre los adsorbatos adsorbidos (Cabal Álvarez, 2009). La forma de la isoterma indica que el
carbón se saturó a concentraciones iniciales de indigotina de 80 mg/L.
3.4. Modelamiento matemático del proceso de adsorción para los carbones aplicados
El modelo de Freundlich arrojó los valores de coeficientes de correlación (r) más altos (Tabla 3).
Este hecho puede ser interpretado como una mayor aplicabilidad del modelo de Freundlich en
relación al modelo de Langmuir; por lo que se infiere que la superficie del adsorbente es heterógenea,
como lo supone este modelo, y además al aumentar la energía libre de adsorción el número de centros
de adsorción disminuye exponencialmente.
De igual manera, el modelo de Freundlich presentó los valores de SSRE más bajos. Estos resultados
demuestran que dicho modelo, se ajustó mejor al comportamiento de la adsorción de la indigotina
sobre los carbones activados. Resultados similares obtuvo Domga et al. (2016) en la adsorción de
anaranjado de metilo sobre carbón activado.
Tabla 3. Constantes de las isotermas de Langmuir y Freundlich
Carbón
Langmuir
Freundlich
b
(mg/g)
K
(L/mg)
r
SSRE
K
F
(L/mg)
N
r
SSRE
CACN
-1,590
-0,040
0,953
3,669
1,543.10
-2
0,510
0,988
0,148
CAC
-1,381
-0,279
0,940
0,293
0,330
0,378
0,966
0,151
CACN=carbón de naranja. CAC=carbón comercial. n=3. n=número de repeticiones. r = coeficiente de correlación.
SSRE= Suma de los cuadrados de los r errores relativos según la ecuación de Myers (Lu y Sorial, 2004)
Fuente: Elaboración propia.
De igual manera, estos resultados son semejantes a los reportados por Mafra et al. (2013) y Khaled,
et al. (2009) y quienes obtuvieron que el modelo de Freundlich se ajusta mejor que el modelo de
Langmuir en la adsorción de colorantes artificiales sobre carbón activado preparado a partir de
cáscaras de naranja. De igual manera, Bernal et al. (2017) encontraron que la adsorción del naranja
remazol se ajusta mejor al modelo de Freundlich que al de modelo de Langmuir, durante el
tratamiento de aguas residuales textiles.
3.5 . Adsorción de indigotina a diferentes masas de carbón activado
Sedolfo Carrasquero, Altamira Díaz, Gilberto Colina
12
La Tabla 4 muestra los valores promedio y desviación estándar de la concentración residual de la
indigotina (mg/L) y el porcentaje remoción (%) para las diferentes masas de carbón activado CACN
y CAC, con la finalidad de evaluar el efecto de la dosis de carbón sobre la remoción del colorante,
para una concentración inicial de 67 y 37 mg/L.
Se obtuvo que la concentración residual de indigotina disminuyó progresivamente a medida que se
incrementó la masa de CACN, obteniendo los menores valores de 19,80 y 17,73 mg/L para las masas
de 0,8 y 0,1 g, respectivamente, sin diferencia significativa (p>0,05) entre estas concentraciones. Con
respecto a los porcentajes de remoción, estos se incrementaron con la masa de carbón, registrándose
valores entre 31,73 y 73,46%. Se observa que la dosis óptima de carbón que maximiza la remoción
de indigotina con el menor gasto del adsorbente es 0,8 g CACN/100 mL, es decir, 8 g de CACN/L.
Tabla 4. Adsorción de indigotina utilizando diferentes dosis de CAC y CACN.
Masa de
Carbón
(g)
Cr CACN
(mg/L)
Remoción
CACN (%)
q CACN
(mg/g)
Cr CAC (mg/L)
Remoción CAC
(%)
q CAC (mg/g)
0,1
45,60
e
±0,74
31,73
e
±1,11
20,03
a
±0,44
6,45
c
±0,78
82,38
c
±2,13
28,99
a
±1,32
0,2
40,56
d
±0,78
39,28
d
±1,17
12,98
b
±0,40
4,14
a,b
± 1,03
88,68
a,b
± 2,83
15,72
b
±0,47
0,4
33,80
c
±0,30
49,39
c
±0,44
8,20
c
±0,06
3,88
a,b
±0,39
89,38
a,b
± 1,07
8,07
c
± 0,12
0,6
26,62
b
±0,82
60,14
b
±1,23
6,63
d
±0,15
3,03a ± 0,64
91,72
a
± 1,76
5,57
d
± 0,10
0,8
19,80
a
±1,49
70,35
a
±2,23
5,85
e
±0,18
4,21
a,b
± 0,01
88,49
a,b
± 0,02
4,03
d,e
±0,12
1
17,73
a
±0,81
73,46
a
±1,21
4,87
f
±0,06
5,02
b,c
± 0,27
86,27
b,c
± 0,74
3,14
e
± 0,04
Nota: Media con letras distintas en la misma columna y fila que existen diferencias significativas a través de la prueba de
Tukey (p≤0,05). CAC = Carbón comercial. Cr: Concentración residual de indigotina. La concentración inicial fue de 67
y 37 mg/L, cuando se utilizó CACN y CAC, respectivamente.
Fuente: Elaboración propia.
Se observó un aumento gradual del porcentaje de remoción del colorante con el incremento de la
cantidad de carbón, debido a que se proporciona mayor área de superficie del adsorbente y
disponibilidad de más sitios de adsorción. Sin embargo, existió una cantidad límite de carbón, donde
el porcentaje de remoción permaneció contante.
Con respecto al CAC, se decidió trabajar con una concentración inicial menor que la utilizada con los
ensayos con CACN para evitar que el carbón se saturara, y trabajar en la zona lineal de transferencia
de masa de la isoterma de adsorción. La concentración residual de indigotina disminuyó de 37,0 a
6,45 mg/L, cuando se aplicó una masa de 0,1 g de CAC. Se obtuvieron los menores valores residuales
cuando se utilizaron masas entre 0,2 a 0,8 g (sin diferencia significativa p>0,05) entre las
CAPACIDAD ADSORTIVA DEL CARBÓN ACTIVADO OBTENIDO DEL EPICARPIO DE Citrus sinensis EN LA REMOCIÓN DE
INDIGOTINA
Publicación Cuatrimestral. Vol. 7, No 1, Enero/Abril, Ecuador (p. 1-16) 13
concentraciones que estuvieron entre 2,02 y 4,21 mg/L. En función de los resultados obtenidos la
dosis óptima de CAC es de 0,2 g de carbón/100 mL, es decir, 2 g CAC/L.
4. CONCLUSIONES
El proceso de adsorción de la indigotina se ajustó mejor al modelo de Freundlich que al de Langmuir,
debido a que existió una mayor linealidad y una menor dispersión de los datos experimentales; así
como bajos valores de la suma de los cuadrados de los errores relativos: 0,145 para el carbón activado
de cáscaras de naranja y 0,161 para el carbón activado comercial. Se obtuvo un porcentaje de
remoción de indigotina para el carbón activado de cáscaras de naranja de 70,35% con una dosis
óptima de 2 g/L tratando aguas sintéticas con concentraciones iniciales de 67 mg/L. Estos resultados
indican que el carbón activo preparado a partir de las cascaras de naranja pueden ser empleados en el
tratamiento de efluentes textiles para la reducción del colorante azul índigo.
5. DECLARACIÓN DE CONFLICTO DE INTERÉS DE LOS AUTORES
Los autores declaran no tener conflicto de intereses
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Sedolfo Carrasquero, Altamira Díaz, Gilberto Colina
16
Contribución de Autores
Citación sugerida: Carrasquero, S., Díaz, A., Colina, G. (2022). Capacidad adsortiva del carbón activado obtenido del
epicarpio de citrus sinensis en la remoción de indigotina. Revista Bases de la Ciencia, 7(1), 1-16. DOI:
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Autor
Contribución
Sedolfo Carrasquero
Montaje del sistema experimental, puesta en marcha y evaluación de las pruebas de
adsorción. Análisis estadístico de los datos.
Altamira Díaz
Diseño metodológico de la investigación
Gilberto Colina
Elaboración de las isotermas de adsorción