Remediación sostenible del suelo: eficiencia y cinética de los agentes quelantes IDS y GLDA

1. Desafíos Globales en la Contaminación de Metales Pesados del Suelo y Tecnologías de Remediación

Los contaminantes de metales pesados en el suelo entran en el cuerpo humano a través de la cadena alimentaria y otros canales, lo que plantea graves riesgos para la salud humana. La contaminación por metales pesados en el suelo se ha convertido en una preocupación mundial y es urgente abordarla. La investigación y la aplicación práctica de tecnologías de descontaminación de suelos contaminados con metales pesados son clave para resolver este problema.

La eliminación y pasivación son actualmente las principales tecnologías para abordar eficazmente la contaminación por metales pesados en el suelo. Entre ellos, la tecnología de lixiviación del suelo puede transferir rápida y eficientemente metales pesados de la fase sólida del suelo a la fase líquida, logrando su eliminación, y por lo tanto ha atraído una atención generalizada. La clave de la lixiviación química es la selección de agentes de lixiviación. Los agentes tradicionales incluyen ácidos inorgánicos, agentes quelantes y tensioactivos. Sin embargo, los ácidos inorgánicos a menudo dañan la estructura del suelo, mientras que los agentes quelantes comunes (como EDTA) permanecen en el suelo debido a una mala biodisponibilidad. Los tensioactivos pueden ser caros o tóxicos. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de agentes de lixiviación respetuosos con el medio ambiente con alta eficiencia, daño mínimo al suelo y baja toxicidad.

2. Perfiles Técnicos de Agentes Quelantes Verdes: IDS y GLDA

En los últimos años, los agentes quelantes biodegradables ácido inminodisucínico (IDS) y ácido glutámico N, ácido N-diacético (GLDA) han atraído una atención considerable. Los estudios muestran que IDS se degrada rápidamente, con 80% se descompone después de solo 7 días y permanece estable en un amplio rango de pH. GLDA, producido a partir de la fermentación de azúcar de maíz utilizando biomasa como fuente de carbono, ve al menos un 60% de degradación en 28 días.

IDS se considera un químico verde ya que no produce aguas residuales ni gases de escape durante la producción. GLDA es un quelante de átomos de carbono verde. Su fuerte capacidad quelante para metales pesados, combinación de con baja toxicidad y excelente biodegradabilidad, los convierten en candidatos prometedores para la recuperación sostenible del suelo.

3. Progreso actual de la investigación en lixiviación de suelos biodegradables

BEGUM et al. realizaron los primeros estudios usando IDS y GLDA para la remediación del suelo, mostrando que eliminaron efectivamente Cu, Cd, Zn, Ni y Pb, sirviendo como reemplazos viables para EDTA. WU et al. encontraron altas eficiencias de elución para Cd, Ni y Cu en lodos industriales, aunque la eficiencia de Zn fue menor. Factores como el tiempo, el pH y la concentración afectaron significativamente el rendimiento.

La investigación de Xu Dayong et al. demostró que GLDA supera al ácido cítrico en la lixiviación de Cd, Cu, Pb y Ni de lodos de aguas residuales. Además, Hu Zaoshi et al. mostraron que GLDA fue más eficiente que EDTA en la lixiviación de cromo a bajas concentraciones. GLDA también puede actuar como un potenciador químico para la fitorremediación, promoviendo el crecimiento de Sedum alfredii y Solanum nigrum mientras mejora la extracción de metales. Estos resultados confirman que IDS y GLDA pueden eliminar metales pesados sin afectar negativamente el crecimiento de los cultivos a dosis apropiadas.

4. Metodología Experimental: Cinética de Lixiviación y Elución por Oscilación

A pesar de su potencial, los informes sobre IDS y GLDA para la remediación del suelo siguen siendo limitados, particularmente en lo que respecta a la cinética de lixiviación. En este estudio, se utilizó el método de elución por oscilación para ajustar la cinética utilizando la ecuación de Elovich, la ecuación de doble constante y la ecuación cinética de primer orden. La investigación exploró los efectos de la concentración y el pH sobre la eliminación de Cd, Pb y Zn y analizó los cambios en la especiación de metales pesados antes y después de la elución.

5. Optimización de los Parámetros de Lixiviación: Tiempo, Concentración y PH

El estudio arrojó los siguientes hallazgos con respecto a la optimización de procesos:

• Tiempo y concentración: La eficiencia de elución aumentó con el tiempo (5-720 min) y la concentración (0-20 mmol · L ￫). Las ecuaciones de Elovich y de doble constante proporcionaron el mejor ajuste para el proceso.
  

• Efectos de PH: La eficiencia siguió una "curva de campana" a medida que el pH aumentó de 3 a 10, primero aumentando y luego disminuyendo.
  

• Condiciones Óptimas: La concentración óptima se identificó como 10 mmol · L ￫ a un pH 5. Los tiempos óptimos fueron de 240 min para IDS y 360 min para GLDA. En estas condiciones, GLDA mostró mayor capacidad de eliminación para Cd y Pb, mientras que IDS fue más efectivo para Zn.
  

6. Impacto en la Especificación de Metales Pesados y Reducción de Riesgos Ambientales

El análisis de las formas del suelo mostró que IDS y GLDA eliminan eficazmente las fracciones más activas solubles en ácido y reducibles de Cd, Pb y Zn. Mientras que su capacidad para eliminar formas oxidables y residuales es limitada, la reducción significativa de las fracciones más móviles reduce efectivamente el riesgo ambiental inmediato y la biodisponibilidad de metales pesados en el suelo.

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