Optimization of continuous arsenic biosorption present in natural contaminated groundwater

BACKGROUND: Arsenic (As) is a serious water pollution problem in the world. In Argentina, it is related to old volcanic activities; for example, the western region of Santa Fe State has concentrations higher than 0.1 mgAs L −1 . In this work, a green, sensitive method was used to determine As concentration, and its removal using chitosan in bed columns was studied. Mathematical models were used to explain sorption, and the process was optimized using statistical methods. RESULTS: Arsenic quantification was realized with a bespoke modification of the As molybdenum blue method (detection limit = 0.0048 mg L −1 , quantification limit = 0.0145 mg L −1 ). Chitosan molar mass, pH ZPC and deacetylation degree were 350 ± 10 kDa, 6.3% and 76.2%, respectively. A maximum of 68.5% was obtained for As(V) removal at optimum conditions. Raising the bed column height produced an increment in breakthrough times, and the sorption process was favoured using low flow rates. Salinity, phosphate and nitrate concentration reductions were 60%, 50% and 70%, respectively. CONCLUSIONS: Sorption studies have been carried out on groundwater, using columns packed with chitosan for arsenic removal. The process was optimized by a factorial design. Elution profiles were adjusted adequately with mathematical models. The modified analytical technique for arsenic quantification applied in groundwater, was successful.Fil: Perez Mora, Barbara Edith. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Bellú, Sebastián Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Mangiameli, María Florencia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: García, Silvia Isabel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: González, Juan Carlos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; Argentin

Batch and fixed-bed column studies of selenite removal from contaminated water by orange peel-based sorbent

Orange peel is a biomass derived from citrus processing with desirable properties for metal sorption. In recent years, orange peel has been used to remove various heavy metals and toxic oxyanions. Selenium (Se) is an essential trace element for mammals. However, when the concentration of selenium exceeds an umbral limit, it becomes toxic. In this study, orange peel was used to treat Se(IV)-contaminated water. A high sorption capacity of 32.5 mg/g was obtained at the temperature of 20ºC and a pH of 2.0. Hydroxyl groups took actions to bind Se(IV) to the surface of the orange peel. The sorption process was spontaneous and endothermic. A chemical sorption mechanism was involved in the removal of Se(IV). The Thomas and modified dose-response models were used to simulate the experimental breakthrough curves. The bed depth service time model was used to calculate the critical bed depth ( Z0 ), and the calculated Z0 value was 1.6 cm. This study reveals that orange peel is a useful sorbent for Se(IV), and it is appropriate for the purification of Se(IV)-contaminated water.Fil: Perez Mora, Barbara Edith. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Bertoni, Fernando Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Mangiameli, María Florencia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: González, Juan Carlos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Bellú, Sebastián Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; Argentin

A continuous method for arsenic removal from groundwater using hybrid biopolymer-iron-nanoaggregates: improvement through factorial designs

BACKGROUND: Due to a variety of toxicological problems, the presence of As(V) in aquifers is a significant concern. Sorption using chitosan doped with iron nanoaggregates results in a green and cheap methodology for its elimination. RESULTS: The hybrid sorbent was characterized by SEM, EDS, TGA, XRD, and FTIR spectroscopy. Its stability against pH and time was determined by ICP-MS, while conventional analytical techniques verified its Fe content. The sum of an individual As(V) removal capacity by chitosan and iron nanoaggregates was smaller than that of the hybrid sorbent, indicating the existence of synergy. CONCLUSION: This study demonstrates the great capacity of the hybrid sorbent to eliminate As(V) working with a continuous system (columns). The additional use of a factorial design allows for determining of optimal operating values to optimize two responses. In other words, in this multi-response system, column service time (tb) was minimized and, at the same time, it maximized the volumes of purified water obtained ([As(V)] <0.05 m L−1) using desirability function.Fil: Batistelli, Marianela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Perez Mora, Barbara Edith. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmaceuticas. Departamento de Química y Física; ArgentinaFil: Mangiameli, María Florencia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Física de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Instituto de Física de Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmaceuticas. Departamento de Química y Física; ArgentinaFil: Mamana, Nadia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Física de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Instituto de Física de Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura. Laboratorio de Materiales Cerámicos; ArgentinaFil: Lopez, Gerardo. NANOTEK S.A. Parque Tecnológico Litoral Centro; ArgentinaFil: Goddio, María F.. NANOTEK S.A. Parque Tecnológico Litoral Centro; ArgentinaFil: Bellú, Sebastián Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmaceuticas. Departamento de Química y Física; ArgentinaFil: González, Juan Carlos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmaceuticas. Departamento de Química y Física; Argentin

Estudios de oxidación de hidratos de carbono con cromo hipervalente

Se sabe que los compuestos derivados del cromo, considerados contaminantes ambientales importantes, son altamente tóxicos y reconocidos agentes carcinogénicos debido a su alto grado de mutagenicidad [4]. Su capacidad para actuar como agente oxidante sobre biomoléculas, es la responsable de la mutagenicidad y carcinogenicidad del CrVI. Si bien la especie CrVI, no produce daño en el ADN in vitro, en ausencia de agentes reductores, se cree que la especie mutagénica sería alguno de los intermediarios reactivos tales como las especies CrV y CrIV producidas durante la reducción del CrVI a CrIII. Teniendo en cuenta todas estas posibles especies intermediarias, se ha postulado que la reducción de CrVI ocurre mediante un mecanismo complejo. Para probar esta hipótesis, se deben identificar y caracterizar tanto los productos como los intermediarios del proceso. Resultan de gran interés los hidratos de carbono o sus derivados, presentes en el medio celular vegetal y/o animal, tales como D-ribosa, D-galactosa, D-glucosa y ácido Dglucurónico, los cuales podrían reaccionar con el CrVI, luego de su ingreso al citoplasma, estabilizándolo mediante la formación de complejos y/o actuando como agentes reductores, generando en el proceso redox, especies reactivas que produzcan daño celular. El presente trabajo de tesis pretende profundizar el estudio del proceso de transferencia electrónica entre el elemento cromo hipervalente y los diferentes grupos funcionales presentes en hidratos de carbono de importancia biológica; analizar la capacidad de coordinación y reactividad a partir de los diferentes estados de oxidación del elemento cromo (CrVI/V/IV/III), y finalmente integrar los resultados obtenidos, en la interpretación del proceso redox, cromo hipervalente - hidrato de carbono. Para concretar estos objetivos, se realizaron distintas acciones, que incluyen: Un estudio de la oxidación con cromo hipervalente de los sustratos, D-glucoheptono-1,4-lactona, ácido D-galacturónico y ácido D-glucárico. Un estudio de la reactividad del CrIV frente a los diferentes hidratos de carbono (neutros y ácidos) para determinar si el proceso oxidativo por esta especie, siempre se encuentra o no, involucrado en etapas rápidas de reacción. Se compararon los resultados obtenidos con los sustratos empleados en estudios anteriores [52-62] para lograr una interpretación más profunda del mecanismo de reacción redox. Los resultados obtenidos, permitieron llegar a las siguientes conclusiones: Los sistemas CrIV/sacáridos neutros y CrIV/sacáridos ácidos, responden a la misma ley de velocidad experimental, con la diferencia de que en el caso de oxidación de sacáridos neutros el proceso es independiente de la acidez del medio de reacción. El orden de reactividad determinado para sacáridos neutros fue: 1-metil-α-D-glucopiranosa << 1-metil-α-D-galactopiranosa ~ 3-O-metil-Dglucopiranosa ~ 6-desoxi-L-galactopiranosa ~ 2-desoxi-D-glucopiranosa ~ Dglucopiranosa << D-galactopiranosa << D-glucitol. Los valores de velocidad de oxidación de sacáridos por la especie CrIV confirman que las mismas son muy superiores a las velocidades de oxidación de las especies de cromo hipervalente CrVI o CrV con los sustratos orgánicos empleados. Los cálculos realizados para obtener los valores de los parámetros de activación para los sacáridos D-glucopiranosa y D-galactopiranosa, indicaron que el proceso oxidativo por la especie CrIV ocurre a través de un mecanismo concertado de reducción bielectrónica CrIV→CrII mediante la transferencia de hidruro. Los estudios de RPE en solución acuosa de los sistemas CrVI/GHL, CrVI/ Galur y CrVI /Glucar, determinaron la presencia de complejos oxo-CrVsacárido, los que pudieron ser caracterizados, con la determinación de sus tiempos de vida media. El estudio de la oxidación por CrVI de Galur, GHL y Glucar, verificó la presencia de especies intermediarias en las mezclas de reacción CrVI/sacárido, que incluyen radicales libres orgánicos, esteres de CrVI, especies: CrIV/II y oxo-CrV-sacárido. Las especies oxo-CrV-sacárido deben considerarse en la interpretación de los datos cinéticos solo en los sistemas CrVI/Galur y CrVI/GHL. Al comparar las velocidades de reacción de las diferentes especies del elemento cromo con los sacáridos estudiados, incluso a baja temperatura, el CrIV reacciona más rápido que las especies CrV y CrVI, indicando que este intermediario se encuentra involucrado en etapas rápidas y no se acumula en las mezclas de reacción. Por ello no fueron considerado en el ajuste de los datos cinéticos. En base a los datos experimentales y los resultados obtenidos en este trabajo de Tesis, se concluye: Opera el mismo mecanismo de oxidación por CrIV en medio ácido, para todos los sacáridos estudiados, el cual consiste en una reducción bielectrónica CrIV a CrII por transferencia de hidruros provenientes del sustrato orgánico. La reducción de CrVI a CrIII por parte de los ligandos orgánicos estudiados; no ocurre en una sola etapa, sino que tiene lugar en varias etapas de reducción que involucran vías de reducción: mono y bielectrónicas, confirmando experimentalmente, los estudios cinéticos y mecanísticos de oxidación crómica de hidratos de carbono previamente realizados en el grupo de investigación donde se realizó el presente trabajo de Tesis Doctoral. El proceso de oxidación por la especie CrIV siempre se corresponde con una etapa rápida.Fil: Mangiameli, María Florencia. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Departamento Química – Física. Área de Química General. Instituto de Química de Rosario (IQUIR-CONICET); Argentina

Oxidation of carbohydrates of biological importance by the aquachromium(IV) ion

The oxidation reactions kinetics of a series of related saccharides by aqua-oxo chromium(IV) ion, (H2O)5CrIVO2+, were carried out in perchloric acid aqueous solutions. These reactions yield superoxochromium(III) ion, CrO22+, providing evidence that the two-electron reduction of CrO2+ to Cr2+ occurred in a single step. In all of these reactions, Cr2+ is the immediate product and could be trapped as CrO22+ when an excess of oxygen was present. The bimolecular rate constants for different aldoses and D-glucitol are independent of [H+] in the range 0.1?1.0 M. Relative reactivities of these saccharides toward CrO2+ reduction are 1-methyl-a-D-glucopyranose << 1-methyl-a-D-galactopyranose 3-O-methyl-D glucopyranose 6-desoxi-L-galactopyranose 2-desoxi-D-glucopyranose D-glucopyranose << D-galactopyranose << D-glucitol. The oxidation of aldonic acid such as D-gluconic by CrO2+ showed the same mechanism but the redox process is strongly inhibited when [H+] increases. Activation parameters were also determined for selected reactions. On the basis of the kinetic result, activation parameters data and oxidized organic products, the mechanism of saccharides oxidation by CrO2+ is proposed to be a direct hydride-ion transfer.Fil: González, Juan Carlos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Cs.bioquimicas y Farmaceuticas. Departamento de Quimica y Fisica. Area Inorganica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Rosario. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Mangiameli, María Florencia. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Cs.bioquimicas y Farmaceuticas. Departamento de Quimica y Fisica. Area Inorganica; ArgentinaFil: Crotta Asis, Agostina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Cs.bioquimicas y Farmaceuticas. Departamento de Quimica y Fisica. Area Inorganica; ArgentinaFil: Bellú, Sebastián Eduardo. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Cs.bioquimicas y Farmaceuticas. Departamento de Quimica y Fisica. Area Inorganica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Rosario. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Sala, Luis Federico. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Cs.bioquimicas y Farmaceuticas. Departamento de Quimica y Fisica. Area Inorganica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Rosario. Instituto de Química Rosario; Argentin

Quinic acid and hypervalent chromium: A spectroscopic and kinetic study

The redox reaction between an excess of quinic acid (QA) and CrVI involves the formation of intermediates, namely, CrIV and CrV species, which in turn react with the organic substrates. As observed with other substrates that have already been studied, CrIV does not accumulate during this reaction because of the rate of the reaction. Its rate of disappearance is several times higher than that of the reaction of CrVI or CrV with QA. Kinetic studies indicate that the redox reaction proceeds via a combined mechanism that involves the pathways CrVI → CrIV → CrII and CrVI → CrIV → CrIII, which is supported by the observation of superoxo-CrIII (CrO2 2+) ions, free radicals, and oxo-CrV species as intermediates and the detection of CrVI ester species. The present study reports the complete rate laws for the QA/chromium redox reaction.Fil: Mangiameli, María Florencia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Bellú, Sebastián Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Química Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química Rosario; ArgentinaFil: Perez Mora, Barbara Edith. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Cs.bioquímicas y Farmaceuticas. Departamento de Química y Física. Area Inorganica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Sala, Luis Federico. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Cs.bioquímicas y Farmaceuticas. Departamento de Química y Física. Area Inorganica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Mamana, Nadia. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Cs.bioquímicas y Farmaceuticas. Departamento de Química y Física. Area Inorganica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Elimination of Arsenic Using Sorbents Derived from Chitosan and Iron Oxides, Applying Factorial Designs

Arsenic is highly toxic, affecting millions of people in many regions of the world. That is why developing economic and efficient technologies is imperative to eliminate it. Sorption techniques are attractive as efficient and inexpensive sorbents can be used. Chitosan is an abundant, naturally occurring, biodegradable, low-cost biopolymer that can be combined with metal oxide to enhance its removability. This work aimed to synthesize a new chitosan–magnetite-based sorbent for arsenic removal. The synthesized sorbent does not present pores, and when using FT-IR, functional groups of the chitosan and the presence of As(V) in the sorbent treated with arsenic were identified. The synthesized magnetite was characterized using XRD spectroscopy. Application of the central composite design model showed that 0.22 g of the sorbent at pH 6.0 could remove 27.6% of As(V). Kinetic data, fitted with the pseudo-first and -second order models, indicated an ion exchange sorption and activation energy of 28.1–31.4 kJ mol−1. The isotherms were fitted with the Langmuir model, indicating favorable monolayer adsorption with high affinity. The sorption energy calculated using Dubinin Radushkevich, 9.60–8.80 kJ mol−1, confirms a sorption mechanism mediated by ion exchange. The thermodynamic parameters of the process were ΔG° (−21.7/−19.7 kJ mol−1), ΔH°(16.7 kJ mol−1) and ΔS°(123.3 J mol−1 K−1)