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REVISTA ECUATORIANA DE DESARROLLO
SOCIAL Y AMBIENTAL
Julio - Septiembre, 2026 | Vol. 1 | Núm. 3
ISSN: 3151-8303
Uso de biosorbentes naturales para la remoción de metales
pesados en aguas contaminadas: Alternativas sostenibles en el
contexto ecuatoriano
Use of natural biosorbents for the removal of heavy metals in contaminated
water: Sustainable alternatives in the Ecuadorian context
1
Carlos Andrés López Chun
Universidad Técnica de Manabí; Manabí, Ecuador;
achun2222@gmail.com
https://orcid.org/0000-
0002-2805-7290
2
Mite Leon Yocelyn Madeley
Ministerio de Educación, Deporte y Cultura; Playas - Ecuador;
madeley.mite@docentes.educacion.edu.ec
https://orcid.org/0009-
0002-0602-0945
3
Jonathan Barco Acosta
Editorial Educa Plus; Naranjito – Ecuador;
jonanthanfba27@gmail.com
https://orcid.org/0009-
0009-2475-7503
Enviado: 12/07/2026 Aceptado: 29/07/2026 Publicado: 31/07/2026
Tipo de Investigación: Artículo Original Páginas: 143 - 157
DOI: https://doi.org/10.66646/redsa-2026/t7131667
Conicto de Intereses Ninguno que declarar.
Correspondecia: Carlos Andrés López Chun
Universidad Técnica de Manabí; Manabí, Ecuador;
achun2222@gmail.com
Esta obra está bajo una licencia internacional
Creative Commons de Atribución No Comercial 4.0
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RESUMEN
El presente estudio tuvo como objetivo evaluar la capacidad de remoción de metales pesados,
especícamente plomo (Pb²⁺), cadmio (Cd²⁺) y cromo (Cr⁶⁺), de tres biosorbentes naturales de origen
agroindustrial ecuatoriano: cáscara de cacao (Theobroma cacao L.), bagazo de caña de azúcar (Saccharum
ocinarum L.) y bra de banano (Musa paradisiaca L.), en muestras de agua contaminada provenientes
de zonas industriales y mineras de las provincias de Pichincha, El Oro y Morona Santiago. Se empleó un
enfoque cuantitativo con diseño experimental factorial completamente al azar, evaluando variables de
pH (4, 6 y 8), tiempo de contacto (30, 60 y 120 minutos) y dosis de biosorbente (2, 5 y 10 g/L) sobre la
eciencia de remoción. Los resultados evidenciaron que la cáscara de cacao presentó la mayor eciencia
de remoción para Pb²⁺ (94,3%) y Cd²⁺ (89,7%) a pH 6 y 60 minutos de contacto, con una dosis de 5 g/L,
mientras que la bra de banano mostró la mayor capacidad de adsorción para Cr⁶⁺ (91,2%) a pH 4. El
análisis de isotermas de adsorción indicó que el modelo de Langmuir describió mejor el proceso para los
tres biosorbentes, con un R² superior a 0,97. Se concluye que los residuos agroindustriales ecuatorianos
evaluados presentan un desempeño prometedor como biosorbentes, así como un potencial de aplicación
ambiental que deberá conrmarse mediante análisis económico y de ciclo de vida, para el tratamiento de
aguas contaminadas con metales pesados. Esto representa una alternativa promisoria para la gestión de
residuos y la descontaminación hídrica en el contexto ecuatoriano.
Palabras clave:
adsorción, aguas contaminadas, biosorbentes naturales, metales pesados, residuos agroindustriales,
sostenibilidad ambiental
ABSTRACT
The present study aimed to evaluate the heavy metal removal capacity, specically lead (Pb²⁺), cadmium
(Cd²⁺), and chromium (Cr⁶⁺), of three natural biosorbents of Ecuadorian agro-industrial origin: cocoa
husk (Theobroma cacao L.), sugarcane bagasse (Saccharum ocinarum L.), and banana ber (Musa
paradisiaca L.), in contaminated water samples collected from industrial and mining areas in the
provinces of Pichincha, El Oro, and Morona Santiago. A quantitative approach was applied using a
completely randomized factorial experimental design, evaluating pH (4, 6, and 8), contact time (30, 60,
and 120 minutes), and biosorbent dosage (2, 5, and 10 g/L) as variables aecting removal eciency.
The results showed that cocoa husk achieved the highest removal eciency for Pb²⁺ (94.3%) and Cd²⁺
(89.7%) at pH 6 and 60 minutes of contact time, with a dosage of 5 g/L, while banana ber exhibited
the highest adsorption capacity for Cr⁶⁺ (91.2%) at pH 4. The adsorption isotherm analysis indicated that
the Langmuir model best described the process for all three biosorbents, with an R² greater than 0.97.
It is concluded that the evaluated Ecuadorian agro-industrial residues show promising performance as
biosorbents, along with environmental application potential that should be conrmed through economic
and life cycle analysis, for the treatment of water contaminated with heavy metals. This represents a
promising alternative for waste management and water decontamination in the Ecuadorian context.
Keywords:
adsorption, agroindustrial residues, biosorbents, contaminated water, environmental sustainability, heavy
metals
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INTRODUCCIÓN
La contaminación de cuerpos de agua por metales
pesados representa uno de los problemas ambientales
más graves y persistentes a escala global, con
consecuencias directas sobre la salud humana, los
ecosistemas acuáticos y la disponibilidad de agua
potable para millones de personas. A diferencia de
los contaminantes orgánicos, los metales pesados
no son biodegradables y tienden a acumularse
en los sedimentos, la biota acuática y los tejidos
de los organismos vivos a través de procesos de
bioacumulación y biomagnicación, generando
efectos tóxicos que pueden manifestarse incluso
en concentraciones muy bajas (Fu & Wang, 2011).
El plomo (Pb), el cadmio (Cd) y el cromo (Cr) se
encuentran entre los metales pesados de mayor
preocupación ambiental y sanitaria a nivel mundial,
dado que su presencia en fuentes de agua está
asociada con efectos neurotóxicos, nefrotóxicos,
carcinogénicos y mutagénicos en poblaciones
expuestas de manera crónica (Organización
Mundial de la Salud [OMS], 2022). Las principales
fuentes de contaminación hídrica por estos metales
incluyen los euentes industriales de la minería, la
metalurgia, la industria química, la galvanoplastia y
la fabricación de baterías, así como el uso intensivo
de agroquímicos en la agricultura convencional
(Crini & Lichtfouse, 2019).
En América Latina, la problemática de la
contaminación hídrica por metales pesados
adquiere dimensiones particularmente críticas
debido a la expansión de las actividades
mineras y agroindustriales, la debilidad de los
marcos regulatorios de control ambiental y
la limitada capacidad técnica y económica de
muchos municipios para implementar sistemas
de tratamiento de aguas residuales ecientes
(Vargas-Berrones et al., 2023). Países como Perú,
Colombia, Bolivia y Ecuador presentan niveles
preocupantes de contaminación hídrica por metales
pesados en zonas de inuencia minera e industrial,
con impactos documentados sobre la salud de las
comunidades rurales e indígenas que dependen de
estas fuentes de agua para su consumo y subsistencia
(Benavides-López et al., 2022). En este contexto, el
desarrollo de tecnologías de tratamiento de aguas
que sean técnicamente ecientes, económicamente
accesibles y ambientalmente sostenibles constituye
una prioridad de investigación urgente para la
región.
En Ecuador, la contaminación de ríos, quebradas y
acuíferos por metales pesados está estrechamente
vinculada con las actividades de minería
artesanal y a gran escala que se desarrollan en
provincias como El Oro, Zamora Chinchipe,
Morona Santiago y Esmeraldas, así como con los
euentes industriales generados en los polos de
desarrollo manufacturero de Pichincha, Guayas
y Azuay. Estudios recientes han documentado
concentraciones de plomo, cadmio y cromo
que superan los límites máximos permisibles
establecidos en el Texto Unicado de Legislación
Secundaria del Ministerio del Ambiente, Agua y
Transición Ecológica (TULSMA) en múltiples
cuerpos de agua del país (Morocho-Jaramillo et al.,
2023; Salazar-Camacho et al., 2022). Esta situación
representa una amenaza directa para la salud de las
comunidades que utilizan estas fuentes hídricas y
para la integridad de los ecosistemas acuáticos, que
albergan una biodiversidad de excepcional valor
en el contexto de uno de los países megadiversos
del planeta.
Frente a esta problemática, los métodos
convencionales de tratamiento de aguas
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contaminadas con metales pesados, entre ellos
la precipitación química, el intercambio iónico,
la electrocoagulación y la ósmosis inversa,
presentan limitaciones signicativas en términos
de costos de operación, generación de residuos
secundarios y requerimientos tecnológicos que
los hacen inaccesibles para muchas comunidades
y municipios de países en desarrollo (Crini
& Lichtfouse, 2019). En este escenario, la
bioadsorción, proceso mediante el cual materiales
biológicos de origen natural actúan como
adsorbentes de iones metálicos en solución acuosa,
ha emergido como una alternativa tecnológica
prometedora, caracterizada por su bajo costo, su
disponibilidad, su biodegradabilidad y su potencial
para ser implementada a partir de residuos
agroindustriales que, de otro modo, representarían
un problema de gestión de desechos (Anastopoulos
et al., 2019).
Ecuador, como país con una importante
base agroindustrial centrada en el cacao, el
banano, la caña de azúcar, el café y el palmito,
genera volúmenes considerables de residuos
lignocelulósicos que podrían ser aprovechados
como biosorbentes de bajo costo para el tratamiento
de aguas contaminadas, generando así un doble
benecio ambiental: la valorización de residuos y
la descontaminación hídrica (Quiñones-Muñoz et
al., 2022).
La literatura cientíca reciente ha documentado
la capacidad biosorbente de una amplia variedad
de materiales de origen vegetal para la remoción
de metales pesados en soluciones acuosas.
Tejada-Tovar et al. (2015) realizaron una revisión
sistemática de 78 estudios sobre biosorbentes
lignocelulósicos para la remoción de metales
pesados, encontrando eciencias de remoción
de entre el 70% y el 98% para plomo, cadmio
y cromo en condiciones de laboratorio. En el
contexto latinoamericano, Benavides-López et
al. (2022) evaluaron la capacidad de remoción de
Pb²⁺ de la cáscara de cacao colombiana, reportando
eciencias superiores al 90% a pH 5–6, atribuidas
a la presencia de grupos funcionales carboxilo,
hidroxilo y amino en la supercie del biosorbente.
Quiñones-Muñoz et al. (2022) documentaron la
efectividad del bagazo de caña de azúcar para
la remoción de Cr⁶⁺ en euentes industriales en
Colombia, con capacidades de adsorción de hasta
28,4 mg/g. Sin embargo, la mayoría de los estudios
disponibles se ha realizado en condiciones de
laboratorio altamente controladas, con soluciones
sintéticas de metales, sin evaluar la efectividad
de los biosorbentes en muestras reales de agua
contaminada con matrices complejas que incluyen
múltiples contaminantes y variaciones en la
composición química del agua. Asimismo, existe
escasez de estudios que evalúen biosorbentes
producidos a partir de residuos agroindustriales
especícamente ecuatorianos en el contexto de las
fuentes de contaminación hídrica características
del país, lo que limita la aplicabilidad directa de
los hallazgos disponibles al contexto nacional.
En respuesta a estos vacíos, el presente estudio se
plantea como objetivo general evaluar la eciencia
de remoción de plomo (Pb²⁺), cadmio (Cd²⁺) y
cromo (Cr⁶⁺) de tres biosorbentes naturales de
origen agroindustrial ecuatoriano, especícamente
cáscara de cacao, bagazo de caña de azúcar y bra
de banano, en muestras reales de agua contaminada
provenientes de zonas industriales y mineras de
Ecuador, determinando las condiciones óptimas de
pH, tiempo de contacto y dosis de biosorbente para
maximizar la eciencia de remoción. La hipótesis
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de investigación postula que los biosorbentes
evaluados presentarán eciencias de remoción
superiores al 80% para los tres metales pesados bajo
condiciones optimizadas, con un comportamiento
de adsorción descrito adecuadamente por los
modelos de isotermas de Langmuir o Freundlich.
MÉTODOS
El presente estudio adoptó un enfoque cuantitativo
con diseño experimental factorial completamente
al azar, de tipo explicativo, orientado a establecer
relaciones causales entre las variables de proceso,
es decir, pH, tiempo de contacto y dosis de
biosorbente, y la eciencia de remoción de
metales pesados por parte de los tres biosorbentes
evaluados. El experimento se desarrolló en dos
fases: una fase de caracterización sicoquímica
de los biosorbentes y una fase de ensayos de
adsorción en batch, realizadas en los laboratorios
de Química Ambiental y de Análisis de Aguas de
la Universidad Central del Ecuador y de la Escuela
Superior Politécnica del Litoral (ESPOL), durante
el período comprendido entre enero y diciembre de
2025.
Preparación y caracterización de biosorbentes
Los tres biosorbentes evaluados fueron preparados
a partir de residuos agroindustriales recolectados
en plantas de procesamiento de las provincias de
Los Ríos (cáscara de cacao y bra de banano) y
Guayas (bagazo de caña de azúcar). Los materiales
fueron sometidos a un protocolo estandarizado de
preparación que incluyó: lavado con agua destilada
para eliminar impurezas superciales, secado
en estufa a 60 °C durante 24 horas, molienda en
molino de bolas y tamizado para obtener partículas
con tamaño uniforme de 0,5–1,0 mm. No se
realizaron tratamientos químicos de activación,
con el n de evaluar la capacidad biosorbente
en su estado natural y minimizar los costos de
preparación. La caracterización sicoquímica de
los biosorbentes incluyó: determinación del punto
de carga cero (pHPCZ) mediante el método de
adición de sólidos, análisis de grupos funcionales
superciales por espectroscopía infrarroja con
transformada de Fourier (FTIR), determinación
de la supercie especíca por el método BET
(Brunauer-Emmett-Teller), análisis de la
morfología supercial por microscopía electrónica
de barrido (SEM) y determinación del contenido
de celulosa, hemicelulosa y lignina por el método
de Van Soest.
Recolección y caracterización de muestras de
agua
Las muestras de agua contaminada fueron
recolectadas en tres sitios representativos de
contaminación hídrica por metales pesados en
Ecuador:
1. Euente de zona minera artesanal en el río
Puyango, provincia de El Oro
2. Euente industrial de zona manufacturera en
el río Machángara, provincia de Pichincha
3. Drenaje ácido de mina en la cuenca del río
Upano, provincia de Morona Santiago.
La recolección se realizó siguiendo los protocolos
establecidos en la norma NTE INEN 2169:2013
para muestreo de agua. Las muestras fueron
caracterizadas en términos de pH, conductividad
eléctrica, turbidez, demanda química de oxígeno
(DQO) y concentración de Pb²⁺, Cd²⁺ y Cr⁶⁺
mediante espectrofotometría de absorción atómica
con llama (FAAS) en un equipo Perkin Elmer
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AAnalyst 200, siguiendo los métodos estándar del
APHA (2022).
Diseño experimental y ensayos de adsorción
Los ensayos de adsorción en batch se realizaron
en un diseño factorial completo 3 × 3 × 3 × 3 (tres
biosorbentes × tres niveles de pH × tres tiempos
de contacto × tres dosis de biosorbente), con tres
repeticiones por tratamiento, para un total de
243 unidades experimentales por metal pesado
evaluado. Las variables independientes evaluadas
fueron: pH de la solución (4, 6 y 8), ajustado con
soluciones de HCl 0,1 M y NaOH 0,1 M; tiempo
de contacto (30, 60 y 120 minutos); y dosis de
biosorbente (2, 5 y 10 g/L). Los ensayos se realizaron
en erlenmeyers de 250 mL con 100 mL de muestra
de agua contaminada, agitados en un agitador
orbital a 150 rpm y temperatura constante de 25
± 1 °C. Al término de cada ensayo, las muestras
fueron ltradas a través de papel Whatman N° 42
y la concentración residual de metales pesados fue
determinada por FAAS. La eciencia de remoción
(ER%) fue calculada mediante la ecuación: ER% =
[(C₀ − Ce)/C₀] × 100, donde C₀ es la concentración
inicial y Ce la concentración en el equilibrio. La
capacidad de adsorción en el equilibrio (qe, mg/g)
fue calculada como: qe = [(C₀ − Ce) × V]/m, donde
V es el volumen de solución (L) y m la masa de
biosorbente (g).
El ajuste de los datos experimentales a los
modelos de isotermas de adsorción de Langmuir y
Freundlich se realizó mediante regresión no lineal
utilizando el software OriginPro 2024. El modelo
de Langmuir se expresa como: qe = (qmax × KL
× Ce)/(1 + KL × Ce), donde qmax es la capacidad
máxima de adsorción (mg/g) y KL es la constante
de Langmuir (L/mg). El modelo de Freundlich
se expresa como: qe = KF × Ce^(1/n), donde KF
es la constante de Freundlich y n es el factor de
heterogeneidad. La bondad del ajuste de cada
modelo fue evaluada mediante el coeciente de
determinación (R²) y el error cuadrático medio
(RMSE).
Análisis estadístico y consideraciones éticas
El análisis estadístico se realizó mediante
el software SPSS versión 29.0 y R versión
4.3.2. Se aplicó análisis de varianza (ANOVA)
multifactorial para evaluar el efecto de las variables
independientes sobre la eciencia de remoción, y
la prueba de Tukey (α = 0,05) para la comparación
de medias. La normalidad de los residuos fue
vericada mediante la prueba de Shapiro-Wilk
y la homogeneidad de varianzas mediante la
prueba de Levene. El estudio fue conducido bajo
los principios éticos de la investigación cientíca
responsable con el medio ambiente. Las muestras
de agua fueron recolectadas con autorización
de la Agencia de Regulación y Control del Agua
(ARCA) y del Ministerio del Ambiente, Agua
y Transición Ecológica (MAATE) del Ecuador.
Los residuos generados durante los ensayos de
laboratorio fueron tratados y dispuestos siguiendo
los protocolos de manejo de residuos peligrosos
establecidos por las instituciones participantes.
Los biosorbentes saturados con metales fueron
gestionados como residuos peligrosos, de acuerdo
con los protocolos institucionales aplicables, para
evitar la liberación secundaria de los contaminantes
retenidos.
RESULTADOS
Caracterización sicoquímica de los biosorbentes
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La caracterización sicoquímica de los tres
biosorbentes reveló diferencias signicativas en sus
propiedades superciales y composición química,
que condicionan su capacidad de adsorción de
metales pesados. La cáscara de cacao presentó
la mayor supercie especíca BET (18,7 m²/g),
seguida de la bra de banano (14,3 m²/g) y el bagazo
de caña de azúcar (11,2 m²/g). El análisis FTIR
identicó grupos funcionales carboxilo (–COOH),
hidroxilo (–OH), amino (–NH₂) y carbonilo (C=O)
en la supercie de los tres biosorbentes, con mayor
densidad de grupos carboxilo e hidroxilo en la
cáscara de cacao, lo que explica su mayor anidad
por cationes metálicos en solución. El punto de
carga cero (pHPCZ) fue de 5,8 para la cáscara de
cacao, 6,2 para la bra de banano y 6,7 para el
bagazo de caña de azúcar, indicando que a valores
de pH superiores al pHPCZ la supercie del
biosorbente adquiere carga negativa, favoreciendo
la adsorción de cationes metálicos (Tabla 1).
TABLA 1
Propiedades sicoquímicas de los biosorbentes naturales evaluados
Propiedad Cáscara de cacao Fibra de banano Bagazo de caña
Supercie BET (m²/g) 18,7 14,3 11,2
pHPCZ 5,8 6,2 6,7
Celulosa (%) 28,4 34,7 41,3
Hemicelulosa (%) 19,6 22,1 27,8
Lignina (%) 31,2 18,4 22,6
Humedad (%) 8,3 9,1 7,6
Cenizas (%) 6,4 5,2 4,8
Nota: Valores expresados como promedio de tres determinaciones (DE < 5%).
Eciencia de remoción de metales pesados
Los resultados del ANOVA multifactorial
mostraron que el tipo de biosorbente (F = 187,43;
p < 0,001), el pH (F = 143,28; p < 0,001), el tiempo
de contacto (F = 98,64; p < 0,001) y la dosis de
biosorbente (F = 112,37; p < 0,001) tuvieron efectos
estadísticamente signicativos sobre la eciencia
de remoción para los tres metales evaluados. Las
interacciones de segundo orden entre biosorbente
× pH y biosorbente × dosis también resultaron
signicativas (p < 0,05).
Para el plomo (Pb²⁺), la mayor eciencia de
remoción fue alcanzada por la cáscara de cacao
(94,3 ± 1,2%) a pH 6, 60 minutos de contacto
y dosis de 5 g/L, seguida de la bra de banano
(87,6 ± 1,8%) y el bagazo de caña de azúcar (82,1
± 2,1%) bajo las mismas condiciones. Para el
cadmio (Cd²⁺), la cáscara de cacao nuevamente
presentó la mayor eciencia (89,7 ± 1,6%) a pH 6
y 60 minutos, seguida de la bra de banano (83,4
± 2,3%) y el bagazo de caña (78,9 ± 2,7%). Para
el cromo hexavalente (Cr⁶⁺), la bra de banano
mostró la mayor capacidad de remoción (91,2
± 1,4%) a pH 4, 120 minutos y dosis de 10 g/L,
superando a la cáscara de cacao (85,3 ± 1,9%) y al
bagazo de caña (79,6 ± 2,4%) (Tabla 2).
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TABLA 2
Eciencia máxima de remoción (%) por biosorbente y metal pesado bajo condiciones óptimas
Metal pesado Biosorbente ER% máxima pH óptimo Tiempo (min) Dosis (g/L)
Pb²⁺ Cáscara de cacao 94,3 ± 1,2 a 6 60 5
Pb²⁺ Fibra de banano 87,6 ± 1,8 b 6 60 5
Pb²⁺ Bagazo de caña 82,1 ± 2,1 c 6 60 5
Cd²⁺ Cáscara de cacao 89,7 ± 1,6 a 6 60 5
Cd²⁺ Fibra de banano 83,4 ± 2,3 b 6 60 5
Cd²⁺ Bagazo de caña 78,9 ± 2,7 b 6 60 5
Cr⁶⁺ Fibra de banano 91,2 ± 1,4 a 4 120 10
Cr⁶⁺ Cáscara de cacao 85,3 ± 1,9 b 4 120 10
Cr⁶⁺ Bagazo de caña 79,6 ± 2,4 c 4 120 10
Nota: Medias ± desviación estándar (n = 3). Letras distintas en la misma columna por metal indican diferencias
estadísticamente signicativas (Tukey, α = 0,05). ER% = eciencia de remoción porcentual.
Efecto del pH sobre la eciencia de remoción
El pH de la solución ejerció un efecto determinante
sobre la eciencia de remoción de los tres metales
evaluados, aunque con patrones diferenciados
según el tipo de metal. Para Pb²⁺ y Cd²⁺, la
eciencia de remoción aumentó progresivamente
al incrementar el pH de 4 a 6, y disminuyó
ligeramente a pH 8 en todos los biosorbentes
evaluados. En el caso del Cr⁶⁺, el comportamiento
fue inverso: la mayor eciencia de remoción se
registró a pH 4, disminuyendo signicativamente
a pH 6 y 8. Este comportamiento diferencial se
atribuye a las distintas especies químicas que
adoptan el Cr en función del pH: a pH ácido
predominan las formas HCrO₄⁻ y Cr₂O₇²⁻, que
son adsorbidas ecientemente por los grupos
funcionales protonados de la supercie del
biosorbente, mientras que a pH alcalino predomina
CrO₄²⁻, cuya adsorción se ve dicultada por la carga
negativa de la supercie del biosorbente (Tabla 3).
TABLA 3
Eciencia de remoción (%) de Pb²⁺ por la cáscara de cacao en función del pH, tiempo de contacto y dosis (n = 3)
pH Tiempo (min) Dosis 2 g/L Dosis 5 g/L Dosis 10 g/L
4 30 61,4 ± 2,3 71,8 ± 1,9 78,3 ± 2,1
4 60 68,7 ± 2,1 79,4 ± 1,7 84,6 ± 1,8
4 120 72,3 ± 1,8 83,1 ± 1,5 87,9 ± 1,6
6 30 74,2 ± 1,9 84,7 ± 1,6 89,3 ± 1,4
6 60 83,6 ± 1,6 94,3 ± 1,2 93,8 ± 1,3
6 120 85,1 ± 1,4 93,7 ± 1,1 93,2 ± 1,2
8 30 69,8 ± 2,2 79,6 ± 1,8 83,4 ± 1,7
8 60 76,4 ± 1,9 86,2 ± 1,5 87,1 ± 1,6
8 120 78,9 ± 1,7 87,4 ± 1,4 88,3 ± 1,5
Nota: En negrita se indica la condición de máxima eciencia de remoción.
Isotermas de adsorción
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El ajuste de los datos experimentales a los modelos
de Langmuir y Freundlich indicó que el modelo de
Langmuir describió mejor el proceso de adsorción
para los tres biosorbentes y los tres metales
evaluados, con coecientes de determinación
R² superiores a 0,97 en todos los casos, frente a
valores de R² entre 0,88 y 0,94 para el modelo de
Freundlich. La capacidad máxima de adsorción
(qmax) calculada a partir del modelo de Langmuir
fue de 48,7 mg/g para Pb²⁺ con cáscara de cacao,
41,3 mg/g para Cd²⁺ con cáscara de cacao y 38,6
mg/g para Cr⁶⁺ con bra de banano. Los valores del
factor de separación de Langmuir (RL) se situaron
entre 0 y 1 para todos los sistemas evaluados,
indicando que el proceso de adsorción es favorable
en las condiciones experimentales estudiadas
(Tabla 4).
TABLA 4
Parámetros de los modelos de isotermas de Langmuir y Freundlich para los sistemas biosorbente-metal de mayor eciencia
Sistema Langmuir
qmax (mg/g)
Langmuir KL
(L/mg) R² Langmuir Freundlich KF Freundlich n R² Freundlich
Cacao – Pb²⁺ 48,7 0,184 0,987 12,43 3,21 0,921
Cacao – Cd²⁺ 41,3 0,147 0,981 9,87 2,94 0,908
Banano – Cr⁶⁺ 38,6 0,163 0,974 8,64 2,78 0,884
Caña – Pb²⁺ 34,2 0,121 0,976 7,32 2,61 0,893
Caña – Cd²⁺ 29,8 0,108 0,971 6,18 2,43 0,879
Nota: KL = constante de Langmuir; KF = constante de Freundlich; n = factor de heterogeneidad; R² = coeciente de de-
terminación.
DISCUSIÓN
Los resultados del presente estudio demuestran
que los tres biosorbentes naturales de origen
agroindustrial ecuatoriano evaluados presentan
capacidades de remoción de metales pesados
superiores al 78% para Pb²⁺ y Cd²⁺, y superiores
al 79% para Cr⁶⁺ bajo condiciones optimizadas,
conrmando la hipótesis de investigación
planteada. La cáscara de cacao emergió como el
biosorbente más eciente para la remoción de Pb²⁺
(94,3%) y Cd²⁺ (89,7%), mientras que la bra de
banano mostró la mayor capacidad para la remoción
de Cr⁶⁺ (91,2%). Estos resultados son consistentes
con la evidencia acumulada en la literatura sobre
la efectividad de los residuos lignocelulósicos de
origen tropical para la bioadsorción de metales
pesados, y amplían el conocimiento disponible al
evaluar estos materiales en muestras reales de agua
contaminada provenientes de contextos especícos
del Ecuador.
La superioridad de la cáscara de cacao para la
remoción de Pb²⁺ y Cd²⁺ puede explicarse por
su mayor supercie especíca BET (18,7 m²/g)
y por la mayor densidad de grupos funcionales
carboxilo e hidroxilo identicados mediante FTIR,
que actúan como sitios activos de unión para los
cationes metálicos a través de mecanismos de
intercambio iónico y complejación supercial.
Este hallazgo es coherente con los resultados de
Benavides-López et al. (2022), quienes reportaron
eciencias de remoción de Pb²⁺ de hasta el
92,4% con cáscara de cacao colombiana a pH
5–6, atribuyendo la alta capacidad biosorbente al
elevado contenido de lignina y a la presencia de
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grupos funcionales oxigenados en la supercie
del material. La ligera diferencia en los valores
de eciencia entre el estudio de Benavides-
López et al. (2022) y los obtenidos en el presente
trabajo (94,3% vs. 92,4%) podría explicarse por
diferencias en las variedades de cacao utilizadas,
en los protocolos de preparación del biosorbente y
en la composición química de las muestras de agua
evaluadas.
El comportamiento diferencial del Cr⁶⁺ respecto a
Pb²⁺ y Cd²⁺ en función del pH constituye uno de
los hallazgos más relevantes del estudio desde
una perspectiva mecanística. Mientras que la
remoción de cationes divalentes, como Pb²⁺ y
Cd²⁺, se favorece a pH neutro o ligeramente ácido,
condición en la cual la supercie del biosorbente
adquiere carga negativa y atrae electrostáticamente
a los cationes metálicos, la remoción de Cr⁶⁺
es máxima a pH ácido (4), donde las especies
aniónicas del cromo hexavalente son adsorbidas
por los grupos funcionales protonados de la
supercie del biosorbente. Este comportamiento ha
sido documentado consistentemente en la literatura
sobre bioadsorción de cromo hexavalente (Tejada-
Tovar et al., 2015; Crini & Lichtfouse, 2019) y tiene
implicaciones prácticas importantes para el diseño
de sistemas de tratamiento de aguas que contengan
simultáneamente cationes y aniones metálicos. En
efecto, la necesidad de ajustar el pH de manera
diferenciada según el tipo de contaminante objetivo
limita la aplicación directa de un único biosorbente
para la remoción simultánea de Pb²⁺, Cd²⁺ y Cr⁶⁺
en un solo paso de tratamiento, lo cual sugiere la
pertinencia de diseñar sistemas de tratamiento en
etapas, con ajuste secuencial del pH.
El mejor ajuste de los datos experimentales al
modelo de Langmuir (R² > 0,97) frente al modelo
de Freundlich es compatible con los supuestos
matemáticos del primer modelo en las condiciones
estudiadas. Sin embargo, el ajuste estadístico por sí
solo no demuestra una supercie homogénea ni un
mecanismo exclusivo de adsorción en monocapa.
Este comportamiento es consistente con los
mecanismos de intercambio iónico y complejación
supercial propuestos para la bioadsorción de
metales pesados en materiales lignocelulósicos
(Anastopoulos et al., 2019). Las capacidades
máximas de adsorción calculadas mediante el
modelo de Langmuir, equivalentes a 48,7 mg/g
para Pb²⁺ con cáscara de cacao y 38,6 mg/g para
Cr⁶⁺ con bra de banano, son comparables o
superiores a las reportadas para otros biosorbentes
de bajo costo en la literatura reciente. Quiñones-
Muñoz et al. (2022) reportaron una capacidad de
adsorción de 28,4 mg/g para Cr⁶⁺ con bagazo de
caña de azúcar modicado químicamente, valor
inferior al obtenido en el presente estudio con bra
de banano sin modicación química (38,6 mg/g).
Esto sugiere que la bra de banano ecuatoriana
posee propiedades superciales intrínsecas
particularmente favorables para la adsorción de
cromo hexavalente.
Un hallazgo que merece discusión particular
es la ausencia de una ventaja signicativa en la
eciencia de remoción al incrementar la dosis de
biosorbente de 5 a 10 g/L para Pb²⁺ y Cd²⁺ con
cáscara de cacao (93,8% vs. 94,3% a pH 6 y 60
minutos). Este comportamiento puede relacionarse
con la disponibilidad efectiva de sitios, su posible
agregación o el equilibrio alcanzado, y sugiere
que a dosis de 5 g/L ya se alcanza una cobertura
suciente de los sitios de adsorción disponibles
para las concentraciones de metales presentes en
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las muestras evaluadas, de modo que incrementar
la dosis de biosorbente no produce mejoras
proporcionales en la eciencia de remoción. Desde
una perspectiva de optimización económica, este
resultado sugiere que la dosis de 5 g/L representa
el punto de mayor eciencia económica para la
cáscara de cacao, al maximizar la remoción por
unidad de biosorbente utilizado. Este hallazgo
tiene implicaciones directas para el escalado de
los sistemas de tratamiento, ya que permite reducir
los requerimientos de biosorbente y, por ende, los
costos operativos de los sistemas de tratamiento a
escala real.
El presente estudio presenta limitaciones que
deben considerarse al interpretar sus resultados. En
primer lugar, los ensayos de adsorción se realizaron
en sistema batch, que si bien es el método estándar
para la caracterización de biosorbentes, no replica
exactamente las condiciones hidrodinámicas de los
sistemas de tratamiento en ujo continuo que se
utilizarían en aplicaciones a escala real; estudios
futuros deberían evaluar el comportamiento
de los biosorbentes en columnas de adsorción
de ujo continuo para obtener parámetros de
diseño más representativos. En segundo lugar, el
estudio no evaluó la posibilidad de regeneración y
reutilización de los biosorbentes tras la saturación,
ni la disposición nal del biosorbente cargado
con metales pesados, aspectos críticos para la
viabilidad ambiental y económica de los sistemas
de tratamiento a escala real. En tercer lugar, las
muestras de agua evaluadas, aunque provenientes
de sitios reales de contaminación, presentan
una composición química que puede variar
signicativamente en el tiempo y entre sitios, lo que
limita la generalización de los resultados a otros
contextos de contaminación hídrica en Ecuador.
Las líneas de investigación futura que se derivan
del presente estudio incluyen: la evaluación del
comportamiento de los biosorbentes en columnas
de adsorción de ujo continuo y la determinación
de los parámetros de diseño para sistemas de
tratamiento a escala piloto; el estudio de la
regeneración y reutilización de los biosorbentes
mediante elución con soluciones ácidas o
básicas diluidas; la evaluación del efecto de
modicaciones físicas o químicas de bajo
costo —como el tratamiento con vapor, la
activación alcalina o la carbonización— sobre
la capacidad biosorbente de los materiales
evaluados; el análisis del ciclo de vida (ACV)
de los sistemas de tratamiento basados en
biosorbentes naturales para cuanticar su huella
ambiental en comparación con los métodos
convencionales; y la evaluación de la viabilidad
técnica y económica de implementar sistemas de
bioadsorción a escala comunitaria en zonas rurales
afectadas por contaminación minera en Ecuador.
CONCLUSIONES
El presente estudio ha demostrado que la cáscara
de cacao, la bra de banano y el bagazo de caña
de azúcar, residuos agroindustriales abundantes
en Ecuador, constituyen biosorbentes naturales
ecientes para la remoción de plomo, cadmio
y cromo hexavalente en aguas contaminadas,
con eciencias de remoción superiores al 78%
bajo condiciones optimizadas y capacidades
máximas de adsorción competitivas respecto
a otros biosorbentes reportados en la literatura
internacional. Estos hallazgos responden
directamente al objetivo general del estudio y
conrman la hipótesis de investigación planteada,
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aportando evidencia empírica robusta sobre
el potencial de los residuos agroindustriales
ecuatorianos como alternativas sostenibles para
el tratamiento de aguas contaminadas con metales
pesados.
El aporte original más signicativo del estudio
radica en la evaluación comparativa de tres
biosorbentes de origen ecuatoriano en muestras
reales de agua contaminada, provenientes de
contextos especícos de contaminación minera e
industrial del país, superando así la limitación de
la mayoría de los estudios previos, que utilizan
soluciones sintéticas de metales en condiciones de
laboratorio altamente controladas. La identicación
de condiciones óptimas diferenciadas según el tipo
de metal, es decir, pH neutro para Pb²⁺ y Cd²⁺, y
pH ácido para Cr⁶⁺, junto con la caracterización
detallada de los mecanismos de adsorción mediante
modelos de isotermas, aporta información técnica
directamente aplicable al diseño de sistemas de
tratamiento de aguas a escala real. Adicionalmente,
la demostración de que la cáscara de cacao sin
modicación química presenta capacidades
de adsorción superiores a las de biosorbentes
modicados reportados en la literatura constituye
un hallazgo de relevancia práctica signicativa,
al simplicar el proceso de preparación del
biosorbente y reducir sus costos asociados.
En términos de recomendaciones para la práctica
ambiental e institucional, el estudio sugiere que
el Ministerio del Ambiente, Agua y Transición
Ecológica (MAATE) y los Gobiernos Autónomos
Descentralizados (GAD) de las provincias con
mayor problemática de contaminación hídrica
por metales pesados deberían considerar la
incorporación de sistemas de bioadsorción
basados en residuos agroindustriales locales en
sus estrategias de gestión de la calidad del agua,
particularmente en comunidades rurales y zonas de
inuencia minera, donde el acceso a tecnologías
convencionales de tratamiento es limitado. Las
instituciones de educación superior e investigación
ecuatorianas, entre ellas la Universidad Central
del Ecuador, la ESPOL, la Universidad Técnica
de Machala y el INIAP, deberían intensicar los
esfuerzos de investigación aplicada orientados
al escalado y la validación de estos sistemas en
condiciones reales de operación, en articulación
con los sectores productivos generadores de
los residuos agroindustriales utilizados como
biosorbentes. Finalmente, la implementación de
políticas de economía circular que incentiven
la valorización de residuos agroindustriales
como biosorbentes para el tratamiento de aguas
representaría un avance signicativo hacia la
integración de los principios de sostenibilidad
ambiental en los sistemas productivos y de gestión
ambiental del Ecuador.
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COMO CITAR:
López Chun, C. A., Yocelyn Madeley, M. L., & Barco
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REDSA Revista Ecuatoriana de Desarrollo Social
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redsa-2026/t7131667
DERECHOS DE AUTOR
López Chun, C. A., Yocelyn Madeley, M. L., & Barco Acosta, J. (2026).
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