Heavy metal removal by biopolymers-based formulations with native potato starch/nopal mucilage

The contamination of water bodies by heavy metals is a critical problem for human health and ecosystems, and it can bioaccumulate in organisms to toxic levels and even lead to the living being’s death. This research aimed to synthesize and characterize a biopolymer with the capacity to remove heavy metals in wastewater, elaborated from potato starch, glycerin, and nopal mucilage. Native potato starch of the Allcca sipas variety was extracted by conventional methods; the mucilage was extracted with ethanol. Four formulations of biopolymers were synthesized at 60 and 70 °C. The solubility, structural characteristics, and adsorption capacity of heavy metals were evaluated. Starch, mucilage, and biopolymers presented predominant functional groups as -OH, -C-O-, -NH-, -C-H-, -C-OH determined by FTIR, allowing to remove up to 50.18% of Al, 56.81% of As, 35.95% of Cr, 37.43% of Hg and 73.22% of Pb determined through an ICPERevista Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia, No. xx, pp. x-x, 20xx D. Choque-Quispe et al.; Revista Facultad de Ingeniería, No. xx, pp. x-x, 20xx OES, for a contact time of 100 minutes at pH 5.0, heavy metal removal and solubility were significantly influenced (p-value < 0.05) by the addition of starch and mucilage. The synthesized biopolymers present a high capacity for heavy metal removal in wastewater. RESUMEN: La contaminación de los cuerpos hídricos por metales pesados es un problema crítico para la salud humana y ecosistemas, pudiendo bioacumularse hasta niveles tóxicos e incluso llevar a la muerte de seres vivos. El objetivo de la investigación fue sintetizar y caracterizar un biopolímero con capacidad de remoción de metales pesados en aguas residuales, elaborado a partir de almidón de papa, glicerina y mucílago de nopal. Se extrajo almidón de papa nativa de la variedad Allcca sipas; el mucílago fue extraído con etanol. Se sintetizaron 4 formulaciones de biopolímeros a 60 y 70 °C. Se evaluó la solubilidad, las características estructurales y la capacidad de adsorción de metales pesados. El almidón, mucílago y los biopolímeros presentaron grupos funcionales predominantes como -OH, -C-O-, -NH-, -C-H-, -C-OH determinado por FTIR, permitiendo remover hasta 50,18% de Al, 56,81% de As, 35,95% de Cr, 37,43% de Hg y 73,22% de Pb determinados a través de un ICPE-OES, para un tiempo de contacto de 100 minutos a pH 5.0, la remoción de metales pesados y la solubilidad fueron influenciados significativamente (p-value < 0,05) por la adición de almidón y mucílago. Los biopolímeros sintetizados presentan alta capacidad de remoción de metales pesados en aguas residuales.