Estudio de los procesos de adsorción-desorción de cobre y zinc en suelos ácidos mediante experimentos batch y en cámara de flujo agitado

Resumo

La severidad de los problemas ambientales resultantes de la acumulación de metales pesados en los suelos depende de su movilidad en dichos suelos, lo cual a su vez dependerá de las reacciones de adsorción-desorción de los metales en los coloides del suelo tanto orgánicos como inorgánicos. Estas reacciones superficiales de adsorción-desorción varían según el tipo de suelo y son función de una os más propiedades de los suelos. La acidez de los suelos gallegos hace que este tipo de estudios adquieran especial interés dado que la movilidad y solubilidad de los metales pesados es mayor a pHs ácidos con lo que los posibles problemas serían más importantes en este tipo de suelos. Para una evaluación ambiental adecuada de los problemas que podrían ocasionar el cobre y el zinc y de su disponibilidad es importante estudiar, además de las características de su adsorción individual en los suelos, su comportamiento cuando ambos metales están presentes simultáneamente en los suelos; en este sentido, cobre y zinc puede ser introducidos en el suelo juntos a través de fertilizantes inorgánicos y orgánicos, diferentes residuos y pesticidas. Otro aspecto relevante, además de la competición con otros metales, es el estudio de la influencia de otros elementos que pueden estar presentes en el suelo en cierta abundancia como es el caso del fósforo. El fósforo es añadido habitualmente como fertilizante en muchos suelos agrícolas de Galicia con el fin de incrementar su productividad, dado que son frecuentes las deficiencias en este elemento. La presencia de fósforo puede afectar a la dinámica de cobre y zinc en suelos tanto a través de cambios de pH en el suelo como a través de cambios en el potencial eléctrico (haciéndolo más negativo). En esta tesis se estudia la dinámica del cobre y del zinc en suelos ácidos desarrollados sobre granito y anfibolitas. Esta tesis se presenta por artículos; en concreto, 8 artículos de impacto internacional y cuyas conclusiones más relevantes son: -La adsorción de Cu+2 por los suelos ácidos estudiados en este trabajo era mucho mayor que la adsorción de Zn+2 -Para ambos metales Cu y Zn, el pH y la capacidad de intercambio catiónico (CIC) explicaban el 80% de la variabilidad de parámetros de adsorción como KF; (Constante de Freundlich). Para el cobre el 40% de la variabilidad del exponente 1/n era explicada por el Fed y por el contenido en carbono mientras que para el zinc el 57% de la variabilidad de 1/n era explicada por el pHKCl. - Los porcentajes de desorción fueron mayores para el zinc que para el cobre, sugiriendo que los coloides del suelo retienen cobre formando enlaces con carácter mas irreversible que el zinc. En ambos casos la desorción depende significativamente del pH, disminuyendo al aumentar el pH. -Es de destacar el diferente comportamiento en la adsorción-desorción tanto del Cu como del Zn cuando éstos son aportados al suelo simultáneamente en comparación con su comportamiento por separado, de ahí la importancia del proceso de competición en el destino de los metales pesados que son introducidos en el suelo. En este sentido, el comportamiento en la adsorción competitiva indica un profundo descenso de la adsorción de Zn en presencia de Cu y un pequeño descenso en la adsorción de Cu en presencia de Zn. -La eliminación de la materia orgánica provoca una disminución de la adsorción tanto de cobre como de zinc pero más acusada para el caso del cobre. -En experimentos con cámara de flujo agitado obtenemos que la capacidad de los suelos estudiados de retener Cu depende de los ciclos de adición previa del metal, mientras que su rápida liberación no depende de esta adición previa. -Pequeños cambios en el pH pueden afectar fuertemente a la adsorción de Zn así como a su cinética. En presencia de Cu la adsorción de Zn era mucho menor, indicando que cuando este tipo de suelos ácidos reciben entradas simultáneas de ambos metales, aumenta el riesgo de liberación de Zn. En este tipo de experimentos la desorción de Zn era mayor que la obtenida en experimentos tipo batch, debido a que en la cámara de flujo agitado se retira continuamente el Zn desorbido de la disolución. En el caso del Zn predominan las reacciones de adsorción rápidas relacionadas con interacciones electrostáticas. La desorción de Zn fue más lenta que la adsorción y las constantes cinéticas-al igual que ocurría en la adsorción-estaban controladas por el pH del suelo. -La adsorción de Cu en los suelos ácidos estudiados se ve incrementada por la adición de P. Aunque varios mecanismos pueden ser responsables de este incremento, creemos que el factor fundamental se debe a la elevación de pH que se produce al añadir el P. La adición de P no altera significativamente el potencial Z de las partículas de estos suelos. El efecto debido a cambios en el potencial Z puede ser relevante cuando los coloides son fundamentalmente óxidos y la adición de P puede invertir el potencial Z de positivo a negativo. -Por otra parte la adición de P también incrementa la adsorción de Zn fundamentalmente a altas concentraciones. El mecanismo fundamental responsable de este incremento es diferente al que se describió para el Cu. En este caso creemos que la formación de complejos P-Zn en las superficies coloidales sería el principal mecanismo.