Síntesis y sinterización de nanopartículas de hidroxiapatita obtenidas a partir de residuos de argopecten purpuratus aplicadas al proceso de adsorción de arsénico en la remediación ambiental

Abstract

La contaminación por metales pesados asociada a la actividad minera constituye uno delos principales problemas ambientales en el Perú, particularmente por la liberación de arsénico (As), elemento altamente tóxico y de elevada movilidad en sistemas acuosos. De manera paralela, la industria acuícola genera grandes volúmenes de residuos biomateriales, como los caparazones de Argopecten purpuratus, cuya acumulación y disposición inadecuada genera un pasivo ambiental significativo en el litoral peruano. El presente estudio tuvo como objetivo evaluar la eficiencia de adsorción de arsénico (As)empleando nanopartículas de hidroxiapatita (nHA) sintetizadas a partir de residuos del caparazón de Argopecten purpuratus, correlacionando sus propiedades estructurales con su capacidad de remoción del arsénico presente en una solución polimetálica obtenida dela lixiviación de un concentrado minero. La lixiviación se realizó mediante un sistema ácido cítrico–peróxido de hidrógeno, los cuales permitieron la transformación del arsénico hacia especies oxidadas predominantes del tipo As(V), con una concentración elevada en el lixiviado (101.71 mg/L), determinada por ICP-OES. Las nHA fueron sintetizadas por precipitación húmeda y posteriormente sinterizadas a 500, 700 y 900 °C; la caracterización estructural con DRX confirmó la formación de hidroxiapatita y evidenció un incremento progresivo de la cristalinidad con el aumento de la temperatura.Los análisis con FTIR-ATR mostraron las vibraciones típicas para la hidroxiapatita. Los ensayos de adsorción se realizaron adicionando una dosis de 0.5 g de nHA/L de concentrado minero lixiviado por cada muestra sinterizada, bajo agitación constante durante 24 horas y demostraron que la muestra no sinterizada presentó la mayor eficiencia de remoción de arsénico (75.54%), atribuida a su baja cristalinidad y mayor energía de superficie. En contraste, las muestras sinterizadas mostraron una disminución progresiva del desempeño del adsorbente, asociada al incremento del tamaño de cristalito y a la disminución de la energía superficial. En conjunto, los resultados evidencian que las nHA no sinterizadas derivadas de Argopecten purpuratus constituyen un adsorbente eficiente y ambientalmente sostenible para la remediación de efluentes mineros contaminados con arsénico, al mismo tiempo que sustituye el uso de reactivos químicos convencionales de alto impacto ambiental y contribuye a la valorización de residuos biomateriales, fortaleciendo un enfoque de economía circular aplicado al sector minero.

Heavy metal contamination associated with mining activities constitutes one of the major environmental problems in Peru, particularly due to the release of arsenic (As), a highly toxic element with high mobility in aquatic systems. In parallel, the aquaculture industry generates large volumes of biomaterial waste, such as shells of Argopecten purpuratus, whose accumulation and inadequate disposal represent a significant environmental liability along the Peruvian coastline. The objective of this study was to evaluate the arsenic (As) adsorption efficiency of hydroxyapatite nanoparticles (nHA) synthesized from Argopecten purpuratus shell residues, correlating their structural properties with their ability to remove arsenic from a polymetallic solution obtained by leaching a mining concentrate. Leaching was carried out using a citric acid–hydrogen peroxide system, which promoted the transformation of arsenic into predominantly oxidized As(V) species, resulting in a high arsenic concentration in the leachate (101.71 mg/L), as determined by ICP-OES. The nHA were synthesized by wet precipitation and subsequently sintered at 500, 700, and 900 °C; structural characterization by X-ray diffraction (XRD) confirmed the formation of hydroxyapatite and revealed a progressive increase in crystallinity with increasing temperature. FTIR-ATR analyses showed the characteristic vibrational bands of hydroxyapatite. Adsorption experiments were performed by adding a dose of 0.5 g nHA per liter of leached mining concentrate for each sintered sample, under constant agitation for 24 hours, and demonstrated that the non-sintered sample exhibited the highest arsenic removal efficiency (75.54%), attributed to its low crystallinity and higher surface energy. In contrast, the sintered samples showed a progressive decrease in adsorption performance, associated with crystallite growth and a reduction in Surface energy. Overall, the results demonstrate that non-sintered nHA derived from Argopecten purpuratus constitute an efficient and environmentally sustainable adsorbent for the remediation of arsenic-contaminated mining effluents, while simultaneously replacing conventional high-impact chemical reagents and contributing to the valorization of biomaterial waste, thereby strengthening a circular economy approach within the mining sector.