APLICACIÓN DE MICROPARTÍCULAS DE MAGNETITA PARA LA ADSORCIÓN DE FÓSFORO EN MUESTRAS DE AGUAS EUTRÓFICAS
DOI:
https://doi.org/10.47187/perf.v1i35.372Palabras clave:
Adsorción, Eutrofización, Fósforo, Magnetita, MicropartículasResumen
La eutrofización generada por el exceso de nutrientes, provoca un crecimiento desbordante de algas y otras plantas que deterioran la calidad del agua. Por ello, el objetivo del estudio fue evaluar la eficiencia de micropartículas magnéticas de hierro en la adsorción de fósforo en aguas eutróficas. Para esto, se sintetizó micropartículas de magnetita por coprecipitación química y se caracterizaron a través de espectroscopía infrarroja y microscopía electrónica de barrido. Se aplicaron a muestras de agua, 10, 20 y 40 mL de suspensión de micropartículas, durante 5 y 10 minutos usando sonicación. Los parámetros analizados antes y después del tratamiento fueron fósforo, demanda química de oxígeno, turbidez y pH. Los resultados evidenciaron que el tratamiento con 40 mL de micropartículas y 10 minutos de sonicación removió el 94.1% de fósforo. La cantidad de micropartículas en suspensión y el tiempo de interacción influenciaron significativamente el porcentaje de remoción de fósforo (p=0.000 y p=0.006). Además, se redujo el pH y la turbidez de las muestras de agua analizadas. Los datos evidencian el potencial de las micropartículas de magnetita para la adsorción de fósforo, pudiendo ser considerada como una alternativa viable, eficaz y selectiva.
Descargas
Referencias
Zhao X, Wang J, Xie H, Liang E, Cai H. Anthropogenic activities disturb phytoplankton taxa and functional groups in an urban river. Environ Res. 2025;265:120411. doi:10.1016/J.ENVRES.2024.120411.
Le Moal M, Gascuel-Odoux C, Ménesguen A, Souchon Y, Étrillard C, Levain A, et al. Eutrophication: a new wine in an old bottle? Sci Total Environ. 2019;651:1–11. doi:10.1016/j.scitotenv.2018.09.139.
Wojtkowska M, Bojanowski D. Assessing trophic state of surface waters of Służewiecki Stream (Warsaw). Appl Water Sci. 2021;11:118. doi:10.1007/S13201-021-01446-W.
Tanvir RU, Hu Z, Zhang Y, Lu J. Cyanobacterial community succession and associated cyanotoxin production in hypereutrophic and eutrophic freshwaters. Environ Pollut. 2021;290:118056. doi:10.1016/J.ENVPOL.2021.118056.
Yang Y, Li Q, Yan S, Zhang P, Zhang H, Kong X, et al. Eutrophication promotes resource use efficiency and toxin production of Microcystis in a future climate warming scenario. Environ Res. 2024;263:120219. doi:10.1016/J.ENVRES.2024.120219.
García Miranda FG, Miranda Rosales V. Eutrofización, una amenaza para el recurso hídrico. Vol. 2. México (CDMX): Universidad Nacional Autónoma de México; Asociación Mexicana de Ciencias para el Desarrollo Regional A.C.; 2018.
Abell JM, Özkundakci D, Hamilton DP, Van Dam-Bates P, McDowell RW. Quantifying the extent of anthropogenic eutrophication of lakes at a national scale in New Zealand. Environ Sci Technol. 2019;53:9439–52. doi:10.1021/ACS.EST.9B03120.
Bhagowati B, Ahamad KU. A review on lake eutrophication dynamics and recent developments in lake modeling. Ecohydrol Hydrobiol. 2019;19:155–66. doi:10.1016/J.ECOHYD.2018.03.002.
Shao L, Peng Y, Liu H, Zhao R, Jiang L, Li Y, et al. Applied phosphorus is maintained in labile and moderately occluded fractions in a typical meadow steppe with the addition of multiple nutrients. J Environ Manage. 2023;345:118807. doi:10.1016/J.JENVMAN.2023.118807.
Feng L, Cao B. Regulation of soil microorganisms and phosphorus cycling genes on soil phosphorus availability in desert steppe under warming and phosphorus input. Eur J Soil Biol. 2025;125:103728. doi:10.1016/J.EJSOBI.2025.103728.
Boeykens SP, Piol MN, Samudio Legal L, Saralegui AB, Vázquez C. Eutrophication decrease: phosphate adsorption processes in presence of nitrates. J Environ Manage. 2017;203:888–95. doi:10.1016/J.JENVMAN.2017.05.026.
Filippelli GM. The global phosphorus cycle: past, present, and future. Elements. 2008;4:89–95. doi:10.2113/GSELEMENTS.4.2.89.
Ramasahayam SK, Guzman L, Gunawan G, Viswanathan T. A comprehensive review of phosphorus removal technologies and processes. J Macromol Sci A. 2014;51:538–45. doi:10.1080/10601325.2014.906271.
Ren Y, Zheng W, Duan X, Goswami N, Liu Y. Recent advances in electrochemical removal and recovery of phosphorus from water: a review. Environ Funct Mater. 2022;1:10–20. doi:10.1016/J.EFMAT.2022.04.003.
Zach-Maor A, Semiat R, Shemer H. Adsorption–desorption mechanism of phosphate by immobilized nano-sized magnetite layer: interface and bulk interactions. J Colloid Interface Sci. 2011;363:608–14. doi:10.1016/J.JCIS.2011.07.062.
Daou TJ, Begin-Colin S, Grenèche JM, Thomas F, Derory A, Bernhardt P, et al. Phosphate adsorption properties of magnetite-based nanoparticles. Chem Mater. 2007;19:4494–505. doi:10.1021/CM071046V.
Fu H, He H, Zhu R, Ling L, Zhang W, Chen Q. Phosphate-modified magnetite@ferrihydrite as a magnetic adsorbent for Cd(II) removal from water, soil, and sediment. Sci Total Environ. 2021;764:142846. doi:10.1016/J.SCITOTENV.2020.142846.
Zach-Maor A, Semiat R, Shemer H. Synthesis, performance, and modeling of immobilized nano-sized magnetite layer for phosphate removal. J Colloid Interface Sci. 2011;357:440–6. doi:10.1016/J.JCIS.2011.01.021.
Reyes-Villegas A, De León Ramírez I, Hernández Guevara E, Pérez Sicairos S, Hurtado Ayala A, Landeros Sánchez B. Synthesis and characterization of magnetite nanoparticles for photocatalysis of nitrobenzene. J Saudi Chem Soc. 2020;24:223–35. doi:10.1016/J.JSCS.2019.12.004.
Xiao W, Jones AM, Collins RN, Bligh MW, Waite TD. Use of Fourier transform infrared spectroscopy to examine the Fe(II)-catalyzed transformation of ferrihydrite. Talanta. 2017;175:30–7. doi:10.1016/J.TALANTA.2017.07.018.
Instituto Ecuatoriano de Normalización (INEN). Agua. Calidad de agua. Muestreo. Técnicas de muestreo. Quito: INEN; 2013.
Toala Cadena PI. Inactivación de fósforo en aguas eutróficas mediante la aplicación de nanopartículas magnéticas de hierro (magnetita) [tesis]. Riobamba: Escuela Superior Politécnica de Chimborazo; 2019.
American Public Health Association (APHA). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 24th ed. Washington (DC): APHA; 2017. doi:10.2105/SMWW.2882.082.
Merino-Martos A, de Vicente J, Cruz-Pizarro L, de Vicente I. Setting up high gradient magnetic separation for combating eutrophication of inland waters. J Hazard Mater. 2011;186:2068–74. doi:10.1016/J.JHAZMAT.2010.12.118.
De Vicente I, Merino-Martos A, Cruz-Pizarro L, de Vicente J. On the use of magnetic nano- and microparticles for lake restoration. J Hazard Mater. 2010;181:375–81. doi:10.1016/j.jhazmat.2010.05.020.
De Vicente I, Merino-Martos A, Guerrero F, Amores V, de Vicente J. Chemical interferences when using high gradient magnetic separation for phosphate removal: consequences for lake restoration. J Hazard Mater. 2011;192:995–1001. doi:10.1016/j.jhazmat.2011.05.090.
Gulati RD, Pires LMD, Van Donk E. Lake restoration studies: failures, bottlenecks and prospects of new ecotechnological measures. Limnologica. 2008;38:233–47. doi:10.1016/J.LIMNO.2008.05.008.
Dai F, Zhuang Q, Huang G, Deng H, Zhang X. Infrared spectrum characteristics and quantification of OH groups in coal. ACS Omega. 2023;8:17064. doi:10.1021/ACSOMEGA.3C01336.
Fathi M, Alami-Milani M, Geranmayeh MH, Barar J, Erfan-Niya H, Omidi Y. Dual thermo- and pH-sensitive injectable hydrogels of chitosan/(poly(N-isopropylacrylamide-co-itaconic acid)) for doxorubicin delivery in breast cancer. Int J Biol Macromol. 2019;128:957–64. doi:10.1016/j.ijbiomac.2019.01.122.
Shurvell HF. Spectra–structure correlations in the mid- and far-infrared. In: Chalmers JM, Griffiths PR, editors. Handbook of Vibrational Spectroscopy. Chichester: Wiley; 2006. doi:10.1002/0470027320.s4101.
Flores-Urquizo IA, García-Casillas P, Chapa-González C. Development of magnetic nanoparticles Fe₃₋ₓXₓO₄ (X = Fe, Co, Ni) coated by amino silane. Rev Mex Ing Bioméd. 2017;38:402–11. doi:10.17488/RMIB.38.1.36.
El-Dib FI, Mohamed DE, El-Shamy OAA, Mishrif MR. Study the adsorption properties of magnetite nanoparticles in the presence of different synthesized surfactants for heavy metal ions removal. Egypt J Pet. 2020;29:1–7. doi:10.1016/J.EJPE.2019.08.004.
Huang X, Dalsgaard J, Aalto SL, Lund I, Pedersen PB. Influence of dietary phosphorus on orthophosphate accumulation in recirculating aquaculture systems with rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Aquac Eng. 2023;103:102363. doi:10.1016/J.AQUAENG.2023.102363.
Wetzel RG. Limnology: lake and river ecosystems. 3rd ed. San Diego (CA): Academic Press; 2001. doi:10.1016/C2009-0-02112-6.
Arocena R. Principios y métodos de limnología: ejemplos de Uruguay. 2nd ed. Montevideo: DIRAC; 2016.
Soto C, Herráez-Hernández R, Campíns-Falcó P. Determination of chlorophylls a and b and β-carotene in environmental waters: diminishing wastes and analysis time by in-tube solid-phase microextraction coupled on-line to nano liquid chromatography. Adv Sample Prep. 2023;8:100093. doi:10.1016/J.SAMPRE.2023.100093.
Moreno-Arbeláez DP, Ramírez-Restrepo JJ. Variación temporal de la condición trófica del lago del Parque Norte, Medellín (Antioquia), Colombia. Actual Biol. 2012;32:75–87. doi:10.17533/udea.acbi.331492.
Kolb M, Bahadir M, Teichgräber B. Determination of chemical oxygen demand (COD) using an alternative wet chemical method free of mercury and dichromate. Water Res. 2017;122:645–54. doi:10.1016/J.WATRES.2017.06.034.
Ormaza-Hugo RM, Coello-Cabezas JR, Yanchapanta-Bastidas VN, Quingatuña-Cali DI. Síntesis y caracterización fisicoquímica de nanopartículas magnéticas de hierro (magnetita)–liofilización. Dominio Cienc. 2020;6:1094–1107.
Nedylakova M, Medinger J, Mirabello G, Lattuada M. Iron oxide magnetic aggregates: aspects of synthesis, computational approaches and applications. Adv Colloid Interface Sci. 2024;323:103056. doi:10.1016/J.CIS.2023.103056.
Chen BW, He YC, Sung SY, Le TTH, Hsieh CL, Chen JY, et al. Synthesis and characterization of magnetic nanoparticles coated with polystyrene sulfonic acid for biomedical applications. Sci Technol Adv Mater. 2020;21:471–81. doi:10.1080/14686996.2020.1790032.
Merino-Martos A, de Vicente J, Cruz-Pizarro L, de Vicente I. Single-ion interferences when using magnetic microparticles for phosphorus removal in aquatic ecosystems. Limnetica. 2015;34:17–28. doi:10.23818/limn.34.02.
Ramirez PD, Lee C, Fedderwitz R, Clavijo AR, Barbosa DPP, Julliot M, et al. Phosphate capture enhancement using designed iron oxide-based nanostructures. Nanomaterials. 2023;13:587. doi:10.3390/NANO13030587.
Ghosh N, Sen S, Biswas G, Saxena A, Haldar PK. Adsorption and desorption study of reusable magnetic iron oxide nanoparticles modified with Justicia adhatoda leaf extract for the removal of textile dye and antibiotic. Water Air Soil Pollut. 2023;234:1–18. doi:10.1007/S11270-023-06217-8.
Huang J, Xu C, Ridoutt BG, Wang X, Ren P. Nitrogen and phosphorus losses and eutrophication potential associated with fertilizer application to cropland in China. J Clean Prod. 2017;159:171–9. doi:10.1016/j.jclepro.2017.05.008.
Liang X, Lin X, Wei G, Ma L, He H, Santos-Carballal D, et al. Competitive adsorption geometries for the arsenate As(V) and phosphate P(V) oxyanions on magnetite surfaces: experiments and theory. Am Mineral. 2021;106:374–88. doi:10.2138/AM-2020-7350.
Wilfert P, Mandalidis A, Dugulan AI, Goubitz K, Korving L, Temmink H, et al. Vivianite as an important iron phosphate precipitate in sewage treatment plants. Water Res. 2016;104:449–60. doi:10.1016/J.WATRES.2016.08.032.
Descargas
Publicado
Número
Sección
Licencia
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial 4.0.
