Diseño y caracterización de beads de celulosa bacteriana modificados con nanopartículas de óxido metálico anfótero para adsorción de nutrientes de aguas residuales sintéticas y liberación controlada en suelos

Abstract

La recuperación de nutrientes en hidrogeles responsivos es una estrategia de sostenibilidad y economía circular para extraer nutrientes de aguas residuales y liberarlos posteriormente en suelos. En este estudio se desarrolló un biocomposito a base de celulosa bacteriana y nanopartículas de magnetita para recuperar nutrientes de aguas residuales. La celulosa se obtuvo empleando bacterias del género Komagataeibacter y se funcionalizó su superficie con unidades carboxilato (COO⁻) mediante oxidación con ácido peracético asistida por ultrasonido. Posteriormente, se añadieron las nanopartículas y el material fue reticulado con gelatina y glutaraldehído. El hidrogel tridimensional resultante (POBN-Fe₃O₄ -GA-GEL) se caracterizó composicionalmente mediante análisis FTIR, DRX y SEM-EDS. Adicionalmente, se evaluó la carga superficial del material a diferentes pH mediante la determinación del punto de carga cero (PZC), en el cual se evidenció que la carga superficial del material depende estrechamente de este parámetro. La espectroscopía UV-Vis evidenció una capacidad de adsorción de amonio de 31,41 mg g-1 usando una dosis de adsorbente de 0.81 g L-1 con respecto a la solución de adsorbato, a pH 7. La cinética de adsorción se ajustó al modelo de pseudo-primer orden, mientras que la isoterma se describió por el modelo de Sips, lo que indica un proceso dominado por interacciones electrostáticas e intercambio iónico. Finalmente, se hicieron ensayos de germinación que demostraron que los nutrientes adsorbidos y la presencia de la magnetita como micronutriente se libera de manera progresiva, favoreciendo el crecimiento vegetal con un desempeño comparable al fertilizante comercial. En conjunto, el material presenta potencial como fertilizante de liberación controlada, integrando la recuperación de nutrientes desde aguas residuales con su reutilización en sistemas agrícolas, especialmente en suelos ácidos.