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Biosorción: perspectivas actuales sobre el concepto, definición y aplicación

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andres felipe escobar

on 28 June 2014

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Biosorción: perspectivas actuales sobre el concepto, definición y aplicación
Manipulación de biosorbentes
Fundamentos de biosorción
Valoración crítica de la aplicación de biosorción y
perspectivas

Referencias
Aksu, Z., 2005. Application of biosorption for the removal of organic pollutants: a review. Process Biochem. 40, 997–1026
Eccles, H., 1999. Treatment of metal-contaminated wastes: why select a biological process? Trends Biotechnol. 17, 462–465
Gadd, G.M., 1993. Interactions of fungi with toxic metals. New Phytol. 124, 25–60.
Liu, Y., Liu, Y.-J., 2008. Biosorption isotherms, kinetics and thermodynamics. Sep.Purif. Technol. 61, 229–242.
Es un termino especialmente referido a los metales, es decir, que es una sustancia que se concentra en la superficie. Una amplia gama de sorbatos pueden ser removidos de la solución acuosa usando biosorbentes.
Factores que afectan la biosorción
Técnicas analíticas en los estudios de biosorción
Presentado por:
Proceso físico-químico y metabolicamente independiente basado en una variedad de mecanismos, incluyendo la absorción, adsorción, intercambio iónico, formación de complejos de superficie y la precipitación. Procesos muy importantes en el medio ambiente y procedimientos de tratamiento biológico convencionales, dirigido a la eliminación o recuperación de sustancias orgánicas e inorgánicas en solución por material biológico.
Introducción
Actividades antropicas afectan gravemente al ambiente y a la salud de los seres humanos.
Biosorcion comparado con otros metodos fisicos-quimicos es mas economico.
Propiedad significativa de la biosorcion es la participacion de organismos vivos y muertos.
Biosorcion, una biotecnologia prometedora.
Investigaciones con otros tipos de contaminantes (Farmaceuticos).
Tres definiciones:

1. Proceso pasivo metabolicamente independiente.
2.Puede involucrar procesos pasivos y activos, pero en el caso de la biomasa viva se refiere mas a la bioacumulacion.
3. Interacción de cualquier sorbato con una matriz biológica.
Definición de biosorción
Manipulación de la Biomasa para mejorar la capacidad de biosorción y la separación/recuperación
La especies metalicas son muy relevantes en el entendimiento de la biosorción.
Algunos comportamientos se afectaran por la concentración de metal, así como las concentraciones relativas de metales en mezclas en las que pueden producirse efectos competitivos ( Avery et al., 1993 ).


Cualquier tipo de material biológico que tiene una afinidad por los contaminantes orgánicos e inorgánicos, es decir, existe un enorme potencial de biosorción en innumerables tipos de biomateriales ( Gadd, 2009 y Dhankhar y hooda, 2011 ).
Biosorbantos
Algunos de los más amplios estudios de metales son la clave de los contaminantes ambientales, por ejemplo, plomo, cobre, mercurio, cadmio, cromo y arsénico, así como los radionucleidos de cobalto, estroncio, uranio, torio, etc ( Gadd, 2009 , Gadd, 2010 y Gadd y Fomina, 2011 ).
Décadas de investigación sobre la biosorción han proporcionado una comprensión de los mecanismos subyacentes de biosorción microbiana de metales tóxicos y elementos relacionados ( Gadd, 2009 y Kotrba, 2011 ).

En realidad, dependiendo del sistema y condiciones dadas de biosorción puede ser un proceso muy complejo mecánicamente ( Gadd, 2009 y Stumm y Morgan, 1996 ).
Aparte del tipo y la estructura química del sorbato, una serie de factores físico-químicos determinan el rendimiento general de biosorción ( Gadd, 2009 y Park et al., 2010 ). Los factores importantes incluyen:
espectrofotometría de absorción atómica (AAS)
electrodos selectivos de iones (ISE)
UV-Vis
valoración potenciométrica
microscopía electrónica de transmisión acoplada con espectroscopia de rayos X de dispersión de energía (SEM / TEM-EDX)
espectroscopia de infrarrojos o transformación de Fourier espectroscopia de infrarrojos (IR o FTIR)
espectroscopia de absorción de rayos X (XAS)
¿Por qué aùn no tienen éxito comercial?
Carencia de la comprensión de los mecanismos, cinética y termodinámica del proceso.
Existencia de tecnologías competidoras establecidas en procesos físiscos y químicos: intercambio iónico, oxidación/reducción, osmosis inversa, entre otros.
Desventajas: Altos costos,eliminación incompleta de metales, alta utilización del reactivo, requerimientos de energía y generación de residuos toxicos.
Nueva aplicabilidad de la biosorción
Recuperación de metales preciosos
Industria farmacéutica.
Contaminantes orgánicos: tintes
Enriquecimiento de microelementos, suplementos alimenticios biológicos y fertilizantes.
Tecnologías emergentes: por ejemplo, inmunológico-adsorción en el caso de anticuerpos monoclonales.
“La biosorción como una tecnología aún está en desarrollo y el éxito comercial dependerá de una mejor comprensión de este proceso gobernado por una lógica pragmática de su desarrollo comercial y aplicaciones potenciales.”

Conclusiones
La complejidad del proceso de biosorción depende de los factores biológicos y fisicoquímicos, y la incertidumbre sobre los mecanismos implicados. 
La biosorción no ha sido un éxito comercial y su dirección tradicional como método de tratamiento de contaminantes de bajo costo y amigable con el medio ambiente debe ser re-examinado.
Katherine López
Karol Solorzano
Andrés F. Escobar G.

Manipulación de la Biomasa para mejorar la capacidad de biosorción y la separación/recuperación
Biosorbentes
Mecanismos de biosorción
Desorción
La desorción es la operación, inversa de la absorción.
Modelamiento y simulación de herramientas de biosorción
El modelamiento y simulación de biosorción están dirigidos a los análisis de datos experimentales, la comprensión de los mecanismos del proceso, la predicción de respuestas a cambios en sus condiciones de funcionamiento, y la optimización de procesos.
El proceso de biosorción implica una fase sólida (biosorbente) y una fase líquida (disolvente: normalmente agua) que contiene las especies disueltas o suspendidas a ser absorbidas (sorbato).
La especiación de metales es ignorado en muchos estudios y se asume a menudo que los metales estan presentes como cationes divalentes, actualmente muchos estudios son llevados a cabo para la remoción de aniones en mineria y metalurgia.
Un aspecto de la naturaleza de biosorbentes que se deben destacar aquí es que la biomasa utilizada para la biosorción puede ser vivo o muerto.
Los tipos de sustratos de origen biológico que se han investigado para la preparación bioadsorbente incluyen la biomasa microbiana, algas marinas, residuos industriales, residuos agrícolas, residuos naturales y otros materiales ( quitosano, celulosa, etc) ( Park et al, 2010. ; Dhankhar y Hooda, 2011 ).
Los microorganismos pueden excretar muchos tipos de metabolitos que se unen a metales ( Gadd, 2009 ).
El uso de la biomasa muerta parece ser una alternativa preferida para la mayoría de los estudios reportados de remoción de metales.

-Ausencia de limitaciones de toxicidad.
-Ausencia de requisitos para medios de cultivo y nutrientes en la solución de alimentación.
-Fácil la regeneración y reutilización de la biomasa.

( Dhankhar y Hooda, 2011 ).
Microorganismos vivos degradan los contaminantes orgánicos y pueden adsorber, transportar y transformar los metales, metaloides y los radionucleidos y muchos procesos diferentes pueden contribuir al proceso general de remoción.
La biomasa muerta o productos purificados trae una complicación mecánica más porque las actividades metabólicas (respiración, la absorción de nutrientes, EPS, la liberación de metabolitos y transformaciones-óxido reductora) alterarán el microambiente alrededor de las células que, a su vez, puede afectar a la adsorción, intercambio iónico, complejación y precipitación, y cambiar la especiación de metales meta / radionucleidos ( Gadd y Negro, 1993 , Gadd, 2000 , Gadd, 2009 ,Gadd y Fomina, 2011 y HOCKIN y Gadd, 2007
pH de la solución
fuerza ionica de la solución
concentración del contaminate
efectos del contaminante
naturaleza bioadsorbente y la disponibilidad de sitios de unión
temperatura
velocidad de agitación
difracción de rayos X (XRD)
espectroscopía de resonancia de espín de electrones (ESR)
magnética nuclear de resonancia (RMN)
espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS)
análisis termogravimétrico (TGA)
calorimetría diferencial de barrido (DSC)

Estas técnicas pueden complementarse entre sí para dar una visión de los mecanismos de biosorción ( Park et al., 2010 ).
La desorcion del bioabsorbente cargado permite la recuperación de la biomasa, y la recuperación y/o contención de sorbatos. Es deseable que el agente de desorción no dañe o degrade significativamente la biomasa y en algunos casos puede haber una pérdida de eficiencia de la biomasa. Sin embargo, en otros casos los tratamientos de desorción pueden incluso mejorar aún más las capacidades de sorción ( Gadd y White, 1992 ).
Varios modelos para predecir y describir la cinética de equilibrios discontinuos y de los datos operativos de flujo continuo o reactor continuo se han desarrollado ( Volesky, 2003b , Aksu, 2005 , crini y Badot de 2008 , Liu y Liu, 2008 y Vijayaraghavan y Yun, 2008 ).
El proceso de adsorción se puede expresar como una curva isoterma de equilibrio .
La expresión matemática es muy necesaria para los modelos de biosorción. Con fuertes características teóricas se complica por la complejidad del proceso de biosorción y la incertidumbre acerca de los mecanismos y la aplicación de las isotermas de biosorción puede permanecer cuestionable en muchos estudios ( Liu y Liu, 2008 ).
Los intentos de mejorar la biosorción (capacidad, la selectividad, la cinética, la reutilización) mediante manipulaciones bióticas fisicoquímicas aumentan costos y pueden plantear cuestiones ambientales. 
Aplicaciones alternativas, tales como la eliminación de materia orgánica, la recuperación de los productos farmacéuticos, metales valiosos y elementos, y la fabricación de los complementos alimenticios enriquecidos y fertilizantes, traen consigo altos costos.
Objetivo
Ofrecer una visión crítica sobre las investigaciones realizadas sobre la biosorción, sus fundamentos, aplicaciones y probleamas, ademas tratar de aclarar las perspectivas de futuro y la viabilidad comercial.

Manipulación de la Biomasa para mejorar la capacidad de biosorción y la separación/recuperación
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