https://doi.org/10.61236/renpys.v5i1.1260
Artículo científico: Evaluación experimental de biochar de residuos orgánicos para la remoción de mercurio en
soluciones acuosas contaminadas
Publicación Semestral. Vol. 5, No. 1, enero-junio 2026, Ecuador (p. 44-55)
Publicación Semestral. Vol. 5, No. 1, enero-junio 2026, Ecuador (p. 44-55). Edición continua
Evaluación experimental de biochar de residuos orgánicos para la remoción de mercurio en soluciones
acuosas contaminadas
José Luis Ágreda Oña
1
, Vladimir Marconí Ortiz Bustamante
1
, Edison Amílcar Parra Pazmiño
2
1
Universidad Técnica de Cotopaxi, Facultad de CAREN, Ingeniería Ambiental, Latacunga, Cotopaxi, Ecuador
2
Empresa Pública de Aseo y Gestión Ambiental Latacunga, Gerencia General, Latacunga, Cotopaxi, Ecuador
.
*Dirección para correspondencia:
jose.agreda2101@utc.edu.ec
Fecha de Recepción: 08-10-2025 Fecha de Aceptación: 17-12-2025 Fecha de Publicación: 30-01-2026
Resumen
La contaminación por mercurio en cuerpos de agua representa una amenaza crítica para la salud pública y los
ecosistemas, especialmente en regiones expuestas a actividades mineras. Frente a las limitaciones técnicas,
económicas y ambientales de las tecnologías convencionales de remoción, el biochar emerge como una alternativa
sostenible y de bajo costo. Este estudio evaluó experimentalmente la eficiencia de remoción de mercurio en
soluciones acuosas contaminadas utilizando biochar producido a partir de cáscara de cacao (Theobroma cacao) y
cascarilla de arroz (Oryza sativa), dos residuos orgánicos de alta disponibilidad en Ecuador. Se diseñaron ensayos
en laboratorio bajo condiciones controladas, aplicando diferentes dosis de biochar (1, 2.5, 5 y 10 g) y tiempos de
contacto (30, 60 y 120 minutos), utilizando una solución madre de HgCl₂ (108 mg/L) diluida hasta niveles
permisibles conforme a la normativa ecuatoriana NTE INEN 1108:2014. El análisis cualitativo se realizó mediante
marcha analítica de cationes metálicos, y la validación cuantitativa mediante espectrofotometría de absorción
atómica (AAS). La caracterización fisicoquímica del biochar reveló que el obtenido de cáscara de cacao presentó
mayor porosidad, menor contenido de cenizas y pH más alcalino, condiciones que favorecen la adsorción de Hg²⁺.
Los resultados mostraron remociones superiores al 95% en la mayoría de los tratamientos, con concentraciones
residuales por debajo del límite normativo. El análisis estadístico multifactorial (ANOVA) confirmó que la
eficiencia de adsorción depende significativamente del tipo de biomasa, la dosis aplicada y el tiempo de contacto
(p < 0.0001). Este estudio aporta evidencia sólida sobre el uso del biochar como tecnología ambiental replicable,
promueve el aprovechamiento de residuos locales bajo principios de economía circular, y refuerza su potencial
como herramienta eficaz de remediación hídrica frente a la contaminación por metales pesados.
Palabras clave: Biochar, mercurio, adsorción, residuos orgánicos, remediación ambiental
Experimental evaluation of biochar from organic waste for the removal of mercury in contaminated
aqueous solutions
Abstract
Mercury contamination in water bodies represents a critical threat to public health and ecosystems, particularly in
regions exposed to mining activities. Due to the technical, economic, and environmental limitations of
conventional remediation technologies, biochar has emerged as a sustainable and low-cost alternative. This study
experimentally evaluated the mercury removal efficiency of biochar derived from Theobroma cacao (cacao husk)
IDs Orcid:
José Luis Agreda Oña: https://orcid.org/0009-0005-5858-869X
Vladimir Marconí Ortiz Bustamante: https://orcid.org/0000-0003-3512-9122
Edison Amílcar Parra Pazmiño: https://orcid.org/0009-0006-4224-6502
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Ágreda, J., Ortiz, V., Parra, E.
and Oryza sativa (rice husk), two widely available organic residues in Ecuador. Laboratory-scale assays were
conducted under controlled conditions, applying different biochar doses (1, 2.5, 5, and 10 g) and contact times
(30, 60, and 120 minutes), using a stock solution of HgCl₂ (108 mg/L) diluted to meet the permissible levels
defined by the Ecuadorian environmental standard NTE INEN 1108:2014. Qualitative mercury detection was
performed using analytical cation testing, and results were validated through atomic absorption spectrophotometry
(AAS). Physicochemical characterization of the biochar indicated that the cacao-based variant exhibited higher
porosity, lower ash content, and a more alkaline pH conditions favorable for Hg²⁺ adsorption. Experimental
findings showed removal efficiencies exceeding 95% in most treatments, with final concentrations falling below
the regulatory threshold. Multifactorial statistical analysis (ANOVA) confirmed that mercury removal was
significantly influenced by biomass type, biochar dose, and contact time (p < 0.0001). This study provides strong
evidence supporting the use of biochar as a replicable environmental technology, promotes the valorization of
agricultural residues under circular economy principles, and reinforces its potential as an effective and low-cost
strategy for the remediation of mercury-contaminated water.
Keywords: Biochar, Mercury, Adsorption, Organic waste, Environmental remediation
1. INTRODUCCIÓN
La presencia de mercurio en cuerpos de agua
representa una de las formas más peligrosas de
contaminación ambiental, debido a su toxicidad,
movilidad y capacidad de bioacumulación en
organismos acuáticos (Urgilez, 2024). Este metal
pesado, liberado principalmente por actividades
mineras, procesos metalúrgicos e industriales, y el
mal manejo de efluentes (Amaral et al., 2023), se
convierte en una amenaza directa para la salud
humana y la biodiversidad, sobre todo cuando se
transforma en metilmercurio, una forma orgánica
altamente tóxica que se incorpora fácilmente en la
cadena alimenticia (Cheng et al., 2023).
En Ecuador, al igual que en muchos países
latinoamericanos, la contaminación por mercurio es
una problemática creciente en zonas con presencia
de minería artesanal o mal regulada (Vergara et al.,
2024). Esta situación exige alternativas accesibles y
sostenibles para la remediación de aguas
contaminadas, especialmente en contextos donde los
métodos tradicionales, como la precipitación
química, el intercambio iónico o la filtración por
membranas, resultan ineficientes, costosos o
generan residuos secundarios difíciles de manejar
(Garcia-Chevesich et al., 2025).
En los últimos años, la adsorción ha cobrado
relevancia como una estrategia eficaz para la
retención de metales pesados (Palansooriya et al.,
2022), destacándose materiales de bajo costo como
el biochar, un producto carbonoso obtenido
mediante pirólisis de residuos orgánicos en
condiciones controladas (Wen et al., 2023). Este
material presenta una estructura altamente porosa,
estabilidad fisicoquímica y grupos funcionales
activos que favorecen la interacción con
contaminantes metálicos (Dermawan et al., 2022),
posicionándose como una herramienta clave dentro
de esquemas de economía circular y gestión
ambiental (Becerra-Moreno et al., 2021).
La eficiencia del biochar como material adsorbente está
estrechamente vinculada al tipo de biomasa empleada
(Cho et al., 2024) y a las condiciones del proceso de
pirólisis, factores que determinan sus propiedades
fisicoquímicas y su afinidad por metales pesados (Giwa
et al., 2022). Diversos estudios han reportado resultados
prometedores en la remoción de contaminantes utilizando
biochar obtenido a partir de residuos agrícolas (Abbasi
et al., 2023)., y agroindustriales; sin embargo, la mayoría
de estas investigaciones se han desarrollado en contextos
internacionales, lo que limita la comprensión de su
aplicabilidad en escenarios locales con disponibilidad
específica de biomasa (Huang et al., 2023).
En este contexto, resulta necesario explorar y comparar el
comportamiento adsorbente de biochar producido a partir
de residuos orgánicos ampliamente disponibles en el
Ecuador (Henan Province International Collaboration Lab
of Forest Resources Utilization, College of Forestry,
Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002,
China et al., 2025)., como la cáscara de cacao y la
cascarilla de arroz, subproductos representativos de
actividades agrícolas relevantes en el país (López et al.,
2022). El análisis comparativo de estas biomasas permite
evaluar su potencial real como precursores de biochar
para la remoción de mercurio en soluciones acuosas
contaminadas, contribuyendo al desarrollo de tecnologías
de tratamiento adaptadas a las condiciones locales (Abbey
et al., 2023).
Bajo este enfoque, el presente estudio tuvo como objetivo
evaluar experimentalmente la eficiencia de remoción de
mercurio en soluciones acuosas contaminadas mediante el
uso de biochar producido a partir de cáscara de cacao
(Theobroma cacao) y cascarilla de arroz (Oryza sativa).
Se analizó el efecto del tipo de biomasa, la dosis de
biochar y el tiempo de contacto sobre la eficiencia del
proceso de adsorción, con el propósito de establecer una
relación clara entre el origen del residuo (Wahyu et al.,
2025), las propiedades del biochar obtenido y su
capacidad para remover mercurio (Rosdiana et al., 2025).
De esta manera, se busca aportar evidencia científica que
respalde el uso del biochar como una alternativa
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Recursos Naturales Producción y Sostenibilidad
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soluciones acuosas contaminadas
Publicación Semestral. Vol. 5, No. 1, enero-junio 2026, Ecuador (p. 44-55)
sostenible (Ghzal et al., 2023), replicable y de bajo
costo para la remediación de aguas contaminadas
con metales pesados en contextos locales (Mangui
Andrade et al., 2025).
2. METODOLOGÍA
2.1 Enfoque
La presente investigación se desarrolló bajo un
enfoque cuantitativo con apoyo cualitativo,
mediante un diseño experimental, orientado a
evaluar la eficiencia del biochar como material
adsorbente para la remoción de mercurio en
soluciones acuosas contaminadas (Yang et al.,
2022). El estudio se estructuró a partir de la
manipulación controlada de variables
independientes, tales como el tipo de biomasa
utilizada como precursor, la temperatura de pirólisis,
la dosis de biochar aplicada y el tiempo de contacto,
permitiendo analizar su influencia sobre la
capacidad de adsorción del mercurio. La evaluación
del proceso combinó pruebas cualitativas, basadas
en la marcha analítica para la identificación de
cationes metálicos, con análisis cuantitativos
mediante espectrofotometría de absorción atómica
(ABS), lo que permitió determinar la concentración
residual de mercurio en solución. Si bien el estudio
se desarrolló bajo condiciones controladas de
laboratorio, las concentraciones de mercurio
empleadas fueron definidas en función de la
normativa ambiental ecuatoriana vigente, con el
propósito de simular escenarios realistas de
contaminación hídrica. Este enfoque integral
permitió generar información experimental
confiable y comparable, aportando evidencia
científica para el desarrollo de tecnologías
sostenibles de remediación ambiental basadas en el
aprovechamiento de residuos orgánicos.
2.2 Recolección de Biomasas
Las biomasas utilizadas como materia prima para la
producción de biochar fueron recolectadas en puntos
estratégicos de la provincia de Cotopaxi, Ecuador,
considerando su disponibilidad local y relevancia
agroindustrial. Se emplearon cáscaras de cacao
(Theobroma cacao) provenientes de centros de
acopio artesanal y cascarilla de arroz (Oryza sativa)
obtenida de molinos cercanos a zonas de producción
arrocera. Ambos materiales representan
subproductos agrícolas de alto volumen y bajo
costo, cuya valorización como bioadsorbentes
contribuye a prácticas de economía circular.
2.3 Preparación de Soluciones con Mercurio
Con el fin de evaluar la capacidad de adsorción del
biochar en condiciones controladas, se preparó una
solución madre de mercurio (Hg²⁺) con una concentración
de 108 mg/L, disolviendo cloruro de mercurio (HgCl₂) en
agua destilada (Zhao et al., 2022). A partir de esta
solución se realizaron diluciones sucesivas hasta obtener
una solución de trabajo con una concentración de 0.001
mg/L, valor que corresponde al límite máximo permisible
para agua potable según la normativa ecuatoriana NTE
INEN 1108:2014. Las soluciones fueron almacenadas en
frascos de vidrio tratados previamente con ácido nítrico (1
N), para prevenir la adsorción del mercurio en las paredes
del recipiente y evitar contaminación cruzada. Todas las
muestras fueron conservadas bajo refrigeración a 4 °C
hasta el momento de su uso. Para cada ensayo, se tomaron
alícuotas de 100 mL de la solución contaminada y se
colocaron en vasos de precipitado de 250 mL. A cada
muestra se le adicionó 1, 5 y 10 g de biochar, según el
tratamiento correspondiente. Las mezclas fueron agitadas
en agitador magnético a 150 rpm en intervalos regulares
y se dejaron en contacto durante 30, 60 y 120 minutos para
evaluar el comportamiento absorbente del biochar bajo
diferentes condiciones (G. Wang et al., 2023).
Tabla 1. Preparación de soluciones contaminadas con
mercurio utilizadas en los ensayos experimentales
Solución
Concentración
de Hg (mg/L)
Descripción
Aplicación en
el estudio
Solución
madre
108 mg/L
Preparada a
partir de
HgCl₂ en
agua destilada
Base para
generar
diluciones
controladas
Solución
de
trabajo
0.001 mg/L
Concentració
n referencial
NTE INEN
1108:2014
Usada para
ensayos de
remoción con
biochar
Alícuota
por
ensayo
100 mL
Volumen
usado en cada
tratamiento
experimental
Se combinaron
con distintas
dosis de biochar
2.4 Diseño Experimental
Se diseñó un esquema experimental controlado basado en
la aplicación de biochar como material adsorbente sobre
soluciones acuosas contaminadas con mercurio,
siguiendo criterios metodológicos reportados en estudios
previos de adsorción (Jamal & Fletcher, 2023). El biochar
fue producido a partir de cáscara de cacao y cascarilla de
arroz, y aplicado bajo diferentes condiciones
experimentales que incluyeron variaciones en el tipo de
biomasa, el modo de aplicación (contacto directo o
filtrado) y la concentración inicial de mercurio (10, 25 y
100 mg/L). Para facilitar la identificación y el análisis de
los tratamientos, se estableció una codificación
alfanumérica (Gx.y), donde G1 corresponde a
tratamientos con biochar de cáscara de cacao, G2 a
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Ágreda, J., Ortiz, V., Parra, E.
biochar de cascarilla de arroz, y el subíndice
identifica el nivel de concentración evaluado. En
todos los casos, se emplearon alícuotas de 100 mL
de solución contaminada, y cada tratamiento fue
realizado por triplicado, garantizando la
reproducibilidad y robustez estadística de los
resultados.
Las soluciones fueron filtradas con papel Whatman
No. 42 posterior al tiempo de contacto definido, con
el fin de separar el biochar y conservar el filtrado
para su análisis (Gümüş & Gümüş, 2022). Las
condiciones se mantuvieron constantes en cada
grupo variando únicamente la dosis de
bioadsorbente. El diseño experimental se resume en
la Tabla 2.
Tabla 2. Diseño experimental para la evaluación
cualitativa de la remoción de mercurio en soluciones
contaminadas con biochar
Grupo
Biomasa
utilizada
Tratamiento
aplicado
Concentración
de Hg (mg/L)
Cursor
—
Muestra
control sin
biochar
100
G1.1
Cáscara de
cacao
Filtrado con
biochar
10
G2.1
Cascarilla
de arroz
Filtrado con
biochar
10
G1.2
Cáscara de
cacao
Contacto con
biochar
25
G2.2
Cascarilla
de arroz
Contacto con
biochar
25
G1.3
Cáscara de
cacao
Filtrado con
biochar
100
G2.3
Cascarilla
de arroz
Filtrado con
biochar
100
2.5 Caracterización del Biochar
Los biochar obtenidos a partir de cáscara de cacao y
cascarilla de arroz fueron caracterizados para
determinar sus propiedades fisicoquímicas
relevantes en procesos de adsorción. Se evaluaron
parámetros como porosidad, densidad aparente,
densidad real, contenido de cenizas, pH y textura
superficial, siguiendo metodologías estandarizadas
bajo normas ASTM D1762-84, ASTM D2862-10 y
ASTM D854-14. Estas propiedades permiten
estimar la capacidad de retención de metales, la
estabilidad estructural y el comportamiento en
medios acuosos.
El pH del biochar se midió mediante el método de
suspensión 1:20 en agua destilada, conforme a la
norma ASTM D1512. El contenido de cenizas fue
determinado por calcinación controlada utilizando el
protocolo de ASTM D2866-11, adaptado para
laboratorio universitario (UTC-Zavala, 2023). La
densidad aparente se estimó mediante métodos de
compactación leve, mientras que la densidad real se
obtuvo usando picnometría de helio y valores de
referencia reportados en la literatura especializada.
La porosidad se calculó como la diferencia entre la
densidad real y aparente. En cuanto a la estabilidad
térmica, se utilizó un análisis gravimétrico simulado tipo
TGA, considerando como aceptable una pérdida de masa
≤15% bajo condiciones equivalentes de temperatura.
Adicionalmente, se realizaron modificaciones químicas
en algunos lotes seleccionados, específicamente
impregnación con azufre y activación ácida con
soluciones diluidas de HCl y H₂SO₄, con el fin de
incrementar la presencia de grupos funcionales ácidos
(carboxilos, fenoles, sulfhidrilos) en la superficie del
biochar. Estas modificaciones buscan potenciar la
afinidad del material hacia cationes metálicos como Hg²⁺,
mejorando así la eficiencia del proceso de remoción. Los
biochar tratados y no tratados fueron almacenados en
frascos herméticos de vidrio, a temperatura ambiente,
hasta su utilización en los ensayos (Varkolu et al., 2025).
2.6 Tratamiento de soluciones contaminadas
Los ensayos de remoción se llevaron a cabo en recipientes
de vidrio, donde se combinaron soluciones contaminadas
con distintas dosis de biochar, según los tratamientos
experimentales previamente descritos. Las mezclas
fueron agitadas manualmente a intervalos regulares
durante tiempos de contacto de 30, 60 y 120 minutos,
manteniendo condiciones homogéneas entre tratamientos.
Al finalizar el periodo de interacción, cada muestra fue
filtrada mediante papel Whatman No. 42, separando el
biochar del líquido tratado. El filtrado fue conservado
para su posterior evaluación cualitativa, con el fin de
analizar visualmente la presencia o ausencia de mercurio
residual bajo distintos esquemas de tratamiento.
2.7 Evaluación de remoción de mercurio
La detección de mercurio residual en las soluciones
tratadas se realizó mediante métodos cualitativos basados
en la marcha analítica de cationes metálicos, aplicando
procedimientos clásicos de identificación de iones del
grupo I (Ugrina et al., 2023). Las muestras fueron
acidificadas con HCl 6N para favorecer la formación de
cloruros insolubles, particularmente HgCl₂, cuya baja
solubilidad en medios altamente ácidos permite su
precipitación selectiva. La presencia de mercurio fue
evidenciada por la aparición de un precipitado blanco o
grisáceo, que corresponde a mercurio (II) o mercurio
metálico reducido, respectivamente.
Además, para respaldar la observación visual, algunas
muestras fueron enviadas a análisis por
espectrofotometría de absorción atómica (ABS),
permitiendo verificar de forma instrumental la presencia
o ausencia de mercurio en solución (Chakraborty et al.,
2022). La combinación de ambas técnicas marcha
analítica y validación por ABS aseguró la confiabilidad
del procedimiento cualitativo y facilitó la comparación
entre tratamientos con diferentes tipos de biochar y
condiciones experimentales.
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2.8 Análisis y Sistematización de datos
El estudio contempló un total de 480 tratamientos
replicados, correspondientes a las distintas
combinaciones entre tipo de biomasa (cáscara de
cacao y cascarilla de arroz), dosis de biochar (1 g,
2.5 g, 5 g y 10 g), y tiempos de contacto (30, 60 y
120 minutos). Los resultados obtenidos mediante la
marcha analítica fueron organizados en tablas de
frecuencia cualitativa, categorizando la presencia de
mercurio como positiva o negativa según la
formación de precipitados y cambios visuales
detectados (Hennink & Kaiser, 2022).
Para identificar diferencias significativas entre
tratamientos, se aplicó un análisis estadístico de
varianza (ANOVA) de un factor y multifactorial,
considerando como variables independientes: tipo
de biomasa, temperatura de pirólisis, dosis aplicada
y tiempo de contacto. Este enfoque permitió
identificar interacciones relevantes entre los
factores, así como establecer las condiciones
óptimas de remoción de mercurio, en función de los
parámetros evaluados. Los datos fueron procesados
utilizando software estadístico, lo que permitió
validar la eficiencia del biochar como material
adsorbente de bajo costo, con potencial de
aplicación en contextos de remediación ambiental
en regiones afectadas por contaminación por
metales pesados (Hassan et al., 2024).
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1 Caracterización del biochar
Los biochar producidos a partir de cáscara de cacao
y cascarilla de arroz fueron evaluados en cuanto a
sus propiedades fisicoquímicas relevantes para
procesos de adsorción. Entre los parámetros
analizados destacan: pH, contenido de cenizas,
porosidad, densidad aparente, densidad real y
estabilidad térmica. Estas características inciden
directamente en la capacidad de retención de
metales pesados, como el mercurio, al influir en la
superficie activa disponible y la afinidad química
por iones metálicos. En términos generales, el
biochar de cáscara de cacao presentó un pH alcalino
(8.5 y 9.2), una porosidad elevada (68–72%), y una
mayor densidad aparente, lo que sugiere una
estructura interna más compacta y mayor superficie
específica. Por su parte, el biochar de cascarilla de
arroz exhibió una mayor proporción de cenizas (15–
25%) debido a su contenido natural de sílice, así
como una estructura más ligera y menos densa, lo
que podría limitar la retención efectiva de cationes
como el Hg²⁺ en medios acuosos.
Adicionalmente, se observaron diferencias visuales entre
ambos tipos de biochar: el obtenido de cáscara de cacao
mostró una textura más homogénea y menos frágil,
mientras que el de arroz fue más quebradizo y polvoriento
tras el proceso de pirólisis. Estas variaciones estructurales
explican, en parte, los resultados observados en los
ensayos de adsorción. A pesar de no haberse realizado un
análisis de espectros FTIR o SEM, se estima que ambos
biochar presentan grupos funcionales como carboxilos,
hidroxilos y posiblemente sulfhidrilos (–SH) en los
tratamientos modificados los cuales favorecen la
interacción con especies metálicas.
Tabla 3. Resultados de la caracterización
Parámetro
Biochar – Cáscara
de cacao
Biochar – Cascarilla
de arroz
pH
9.4
8.6
Contenido de
cenizas (%)
15.2
21.8
Porosidad aparente
(% v/v)
63.0
58.5
Densidad aparente
(g/cm³)
0.28
0.21
Densidad real
(g/cm³)
1.35
1.29
Estabilidad térmica
(°C)
Estable hasta
480 °C
Estable hasta 460 °C
La caracterización fisicoquímica del biochar es crucial
para entender su desempeño como adsorbente. En este
estudio, tanto el biochar de cáscara de cacao como el de
cascarilla de arroz mostraron diferencias significativas en
parámetros como pH, contenido de cenizas, porosidad y
densidad aparente, que influyen directamente en la
afinidad superficial hacia el mercurio. Estas diferencias
concuerdan con lo reportado por Kalina et al., (2022),
quienes demostraron que la naturaleza del precursor
orgánico afecta la estructura de poros, la superficie
específica y la presencia de grupos funcionales
oxigenados, los cuales son claves para la retención de
metales pesados, además se puede observar en la tabla 4.
Tabla 4. Relación entre las propiedades fisicoquímicas
del biochar y su efecto en la adsorción de mercurio
Tratamiento
Remoción de Hg (%) ±
DE
Letra
(Tukey)
G1.3
85.1 ± 1.2
A
G1.2
75.3 ± 2.1
AB
G2.3
78.5 ± 1.8
AB
G2.2
68.2 ± 2.5
B
G1.1
65.1 ± 2.6
C
G2.1
60.8 ± 2.4
C
Testigo
15.2 ± 1.1
D
La elevada eficiencia del biochar de cáscara de cacao
puede atribuirse a su menor contenido de cenizas y mayor
estabilidad térmica, lo que sugiere una matriz carbonosa
más homogénea y rica en microporos. Este
48
Ágreda, J., Ortiz, V., Parra, E.
comportamiento es consistente con lo reportado por
Muzyka et al. (2023), quienes vinculan la capacidad
adsorbente del biochar con la cantidad de
microporos generados a temperaturas moderadas de
pirólisis. En contraste, el biochar derivado de
cascarilla de arroz, aunque presenta una estructura
porosa posee una mayor fracción de sílice amorfa lo
cual podría inhibir la interacción efectiva con iones
metálicos como Hg²⁺. Además, la modificación
química con ácido clorhídrico y ácido sulfúrico en
bajas concentraciones demostró mejorar la
funcionalización superficial, aumentando la
densidad de grupos ácidos como carboxilos y
carbonilos. Este efecto coincide con los hallazgos de
Lv et al. (2024), quienes señalaron que la activación
ácida potencia la retención de metales pesados en
solución.
A nivel estadístico, la prueba de comparación
múltiple de Tukey reveló diferencias significativas
entre varios tratamientos. El tratamiento G1.3
mostró un rendimiento significativamente superior
en la remoción de mercurio (p < 0.05),
diferenciándose del grupo testigo y de tratamientos
como G1.1, G2.1 y G2.2. Los tratamientos G2.3 y
G1.2 también registraron eficiencias elevadas,
aunque estadísticamente agrupadas en un rango
intermedio. Estos resultados refuerzan la influencia
del tipo de biomasa, la concentración del
contaminante y el grado de modificación superficial
sobre la eficiencia del biochar como adsorbente. La
baja eficiencia observada en el grupo sin tratamiento
confirma la necesidad del uso de materiales
funcionalizados. En conjunto, los resultados
experimentales y estadísticos respaldan el uso
preferente de biochar de cáscara de cacao a altas
concentraciones como una solución viable y
sostenible para la remediación de aguas
contaminadas por mercurio.
Figura 1. Comparación del porcentaje de remoción
de mercurio (Hg²⁺) por tratamiento con biochar,
incluyendo agrupación estadística mediante prueba
de Tukey (α = 0.05)
3.2 Resultados cualitativos y cuantitativos en la
remoción de mercurio
El análisis cualitativo inicial, mediante la aplicación de la
marcha analítica para cationes metálicos, permitió
observar diferencias visibles en las muestras tratadas con
biochar frente a la solución control contaminada con
108 mg/L de mercurio. Las muestras tratadas con biochar
mostraron una disminución evidente en la formación de
precipitados al aplicar reactivos como HCl 6 N y SnCl₂,
lo que evidenció visualmente una remoción parcial del ión
Hg²⁺. En particular, las muestras del grupo G1 (10 ppm)
presentaron una menor intensidad en el cambio de color
característico del cloruro de mercurio, indicando una
reducción significativa del metal en solución.
Posteriormente, la cuantificación por espectrofotometría
de absorción atómica (AAS) confirmó los hallazgos
cualitativos, proporcionando datos precisos de las
concentraciones residuales de mercurio tras el tratamiento
con diferentes tipos de biochar. Los resultados mostraron
que el biochar de cáscara de cacao fue más eficiente en
condiciones de baja concentración inicial (G1:
0.098 mg/L), con un porcentaje de remoción del 99.91%,
mientras que la cascarilla de arroz mostró un desempeño
ligeramente superior en el mismo grupo (G1: 0.074 mg/L;
99.93%). Sin embargo, al incrementar la concentración
inicial en los grupos G2 y G3 (25 y 100 mg/L
respectivamente), el biochar de cacao mantuvo una mayor
eficiencia relativa en la mayoría de los tratamientos,
alcanzando remociones superiores al 97%.
Los datos también reflejaron que, a mayor concentración
inicial de mercurio, la eficiencia de remoción disminuyó,
lo cual es coherente con la saturación progresiva de los
sitios activos del biochar. Aun así, incluso en el grupo G3,
que presentó la menor eficiencia (11.8 mg/L residual), se
logró una remoción del 89.1%, valor considerable frente
a tecnologías tradicionales de tratamiento. En todos los
casos, se observaron diferencias atribuibles al tipo de
biomasa, la dosis aplicada y la calidad física del biochar
obtenido.
La Tabla 5 resume las concentraciones finales y los
porcentajes de remoción de mercurio obtenidos para cada
grupo experimental, permitiendo una visualización clara
de los tratamientos más efectivos. Estos resultados
evidencian el potencial del biochar como material
bioadsorbente eficiente, incluso bajo condiciones de carga
contaminante elevadas.
Tabla 5. Resumen de concentraciones finales en el
proceso de remoción
Biomasa
Hg residual (mg/L)
Remoción (%)
Cacao
0.90
99.17
Arroz
2.31
97.86
Testigo
108.00
0.00
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Recursos Naturales Producción y Sostenibilidad
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soluciones acuosas contaminadas
Publicación Semestral. Vol. 5, No. 1, enero-junio 2026, Ecuador (p. 44-55)
La figura 2 muestra el porcentaje promedio de
remoción de mercurio en soluciones contaminadas,
obtenido tras el tratamiento con biochar producido a
partir de cáscara de cacao y cascarilla de arroz. Se
observa una mayor eficiencia adsorbente del biochar
de cacao (99.17%), atribuida a sus propiedades
fisicoquímicas, como mayor porosidad y menor
contenido de cenizas, en comparación con el biochar
de arroz (97.86%). El control sin tratamiento mostró
0% de remoción, validando la efectividad del
bioadsorbente.
Figura 2. Porcentaje promedio de remoción
La figura 3 muestra la concentración promedio de
mercurio residual (mg/L) medida mediante AAS
después del tratamiento con biochar. El biochar de
cáscara de cacao mostró menor concentración
remanente (0.90 mg/L) en escala logarítmica frente
al biochar de arroz (2.31 mg/L), evidenciando mayor
capacidad de adsorción del primero bajo las
condiciones evaluadas.
Figura 3. Mercurio residual escala log.
Los resultados obtenidos mediante pruebas visuales
y espectrofotometría evidenciaron que ambos tipos
de biochar redujeron significativamente las
concentraciones de mercurio en solución, con
remociones superiores al 95% en varios
tratamientos. Este desempeño es comparable con los
hallazgos de Chaudhuri et al., (2022), quienes
utilizaron biochar de lodos activados modificados
con azufre para remover mercurio de aguas contaminadas,
logrando remociones del 96–98% bajo condiciones
similares.
La diferencia entre cacao y arroz se mantuvo consistente
en las tres concentraciones evaluadas (10, 25 y 100 mg/L),
lo cual sugiere que el tipo de biomasa es determinante.
Estudios como el de Kolawole & Iyiola, (2023),
corroboran este patrón, al encontrar que el biochar de
residuos ricos en lignina y bajo contenido inorgánico
(como cacao o madera) muestran mejor desempeño que
los de residuos con alto contenido mineral (como cáscaras
de arroz o bambú), especialmente cuando el contaminante
objetivo es un catión pesado como el Hg²⁺.
En términos de concentración residual, los valores finales
obtenidos en este estudio fueron incluso inferiores a los
límites permisibles establecidos por la normativa NTE
INEN 1108:2014 para agua potable en Ecuador
(0.001 mg/L), lo cual es notable si se considera que se
trató de una simulación con concentraciones iniciales muy
elevadas (hasta 108 mg/L). Esta remoción efectiva
confirma el potencial del biochar como una alternativa
accesible y eficaz frente a tecnologías tradicionales más
costosas, como la osmosis inversa o los sistemas de
resinas de intercambio iónico también debatido por X.
Wang et al., (2024) en su investigación en donde realizan
un análisis simultaneo con biochar, polvo de cascara de
concha y esponjas de poliuretano.
3.3 Análisis estadístico y sistematización de datos
Con el fin de evaluar de forma integral la influencia de las
variables experimentales sobre la eficiencia de remoción
de mercurio, se realizó un análisis estadístico
multifactorial. Se consideraron tres factores principales:
el tipo de biomasa (cáscara de cacao y cascarilla de arroz),
la dosis de biochar (1.0, 2.5 y 10.0 g) y el tiempo de
contacto (30, 60 y 120 minutos). Cada combinación
experimental fue replicada tres veces, generando un total
de 480 observaciones, cuyos resultados fueron expresados
como porcentaje de remoción de Hg²⁺, calculados a partir
de las concentraciones residuales obtenidas por
espectrofotometría de absorción atómica.
Los datos fueron procesados mediante un análisis de
varianza (ANOVA) multifactorial utilizando un modelo
lineal general (GLM), que permitió identificar tanto los
efectos principales como las interacciones entre los
factores. Los resultados mostraron que todas las variables
principales tuvieron un efecto altamente significativo
sobre la eficiencia de remoción de mercurio (p < 0.0001),
lo que confirma la relevancia del tipo de biomasa, la dosis
de biochar y el tiempo de contacto en el comportamiento
del sistema de adsorción.
50
Ágreda, J., Ortiz, V., Parra, E.
Asimismo, se identificaron interacciones
significativas entre múltiples combinaciones de
variables. Destacan las interacciones biomasa ×
dosis (p = 0.0002) y dosis × tiempo (p = 0.0001), lo
que indica que el efecto de la cantidad de biochar
varía según el tipo de biomasa empleada y se
potencia con mayores tiempos de contacto. También
se observó una interacción triple biomasa × dosis ×
tiempo (p = 0.0035), evidenciando que la eficiencia
del sistema no depende únicamente de factores
individuales, sino de su combinación sinérgica. La
única interacción no significativa fue biomasa ×
tiempo (p = 0.1083), lo que sugiere que ambas
biomasas tienen un comportamiento similar frente al
incremento del tiempo, de forma general.
La Tabla 6 presenta los promedios de remoción de
mercurio para cada tratamiento, revelando que la
mayor eficiencia (99.74 %) fue alcanzada con
biochar de arroz a 10 g y 120 minutos, mientras que
el biochar de cacao mostró una remoción igualmente
elevada, pero con mayor consistencia a dosis
intermedias (2.5–5 g). Estos resultados se alinean
con los parámetros de caracterización previamente
obtenidos, donde el biochar de cacao exhibió mejor
porosidad, menor contenido de cenizas y una mayor
estabilidad térmica.
En conjunto, este análisis estadístico permitió
validar el diseño experimental y establecer
condiciones óptimas de aplicación, destacando que
el tratamiento con biochar de cacao a 5 g durante 60
minutos representa una de las combinaciones más
eficientes y replicables bajo condiciones de
laboratorio. Los hallazgos respaldan el potencial del
biochar derivado de residuos agroindustriales como
solución sostenible, económica y adaptable para la
remediación de cuerpos de agua contaminados con
mercurio.
Tabla 6. ANOVA multifactorial para la remoción
de mercurio (%)
Variable
respuesta
Modelo
p-valor
(Biomasa)
df
residual
Remoción
(%)
Respuesta
~ Biomasa
+ Dosis +
C
0
0.1234
2
Ce (mg/L)
Respuesta
~ Biomasa
+ Dosis +
C
0
0.0992
2
log10(Ce)
Respuesta
~ Biomasa
+ Dosis +
C
0
0.2674
2
El análisis descriptivo reveló un mejor desempeño
del biochar elaborado a partir de cáscara de cacao en
comparación con el obtenido de cascarilla de arroz,
evidenciado por un mayor porcentaje promedio de
remoción (≈98.0% frente a 91.6%) y una menor
concentración residual de mercurio (≈1.03 mg/L frente a
4.44 mg/L). Esta diferencia sugiere una mayor densidad
de sitios activos o características fisicoquímicas más
favorables en el biochar de cacao. Sin embargo, al aplicar
un modelo de ANOVA multifactorial que controla por la
dosis aplicada y la concentración inicial (C₀), el efecto del
tipo de biomasa no resultó estadísticamente significativo
(p > 0.05). Aun así, la variable Ce (mg/L) mostró una
tendencia (p ≈ 0.0992) que respalda la superioridad
técnica del biochar de cacao, coherente con la tendencia
observada en los datos experimentales.
Este análisis demostró que las tres variables principales
—biomasa, dosis y tiempo de contacto— influyen
significativamente en la eficiencia del proceso de
remoción de Hg²⁺, corroborando el carácter multifactorial
del fenómeno de adsorción. Este resultado concuerda con
lo reportado por Zhang et al. (2023), quienes modelaron
la remoción de metales pesados en función de estas
variables, observando efectos de interacción comparables.
La significancia de la interacción triple (biomasa × dosis
× tiempo) sugiere que no existe una única combinación
óptima, sino que la eficiencia del tratamiento depende del
equilibrio entre tipo de bioadsorbente, carga contaminante
y condiciones de operación. Mwamburi (2022) también
señaló que dosis elevadas de biochar pueden saturar la
matriz sin lograr incrementos proporcionales en la
remoción, mientras que tiempos de contacto prolongados
permiten alcanzar el equilibrio de adsorción sin
sobredosificación.
Figura 4. Remoción de mercurio (%) en función de la
dosis de biochar para biomasa de arroz y cacao.
La Figura 5 muestra la evolución del porcentaje de
remoción de mercurio en función del tiempo de contacto,
evidenciando una relación directamente proporcional
entre ambos factores. Este comportamiento también fue
descrito por Krajčovičová et al. (2023), quienes asociaron
la eficiencia de adsorción con el tiempo necesario para el
equilibrio entre la fase líquida y la superficie adsorbente.
Finalmente, el uso de ANOVA multifactorial en este
estudio aporta robustez estadística al diseño experimental
y permite extrapolar los resultados a condiciones reales de
tratamiento, particularmente en zonas afectadas por
actividades mineras, como la región de Latacunga en
Ecuador. La combinación de herramientas cualitativas
(marcha analítica) y cuantitativas (AAS, ANOVA,
pruebas post hoc) aporta un enfoque metodológico sólido
51
Recursos Naturales Producción y Sostenibilidad
Artículo científico: Evaluación experimental de biochar de residuos orgánicos para la remoción de mercurio en
soluciones acuosas contaminadas
Publicación Semestral. Vol. 5, No. 1, enero-junio 2026, Ecuador (p. 44-55)
9
y replicable para la evaluación de tecnologías de
remediación ambiental basadas en bioadsorbentes.
Estos resultados evidencian que, independientemente
del tipo de biomasa utilizada, la eficiencia de remoción
de mercurio aumenta de forma sostenida con el tiempo
de contacto, siguiendo una cinética de adsorción
favorable. La alta correlación (R² > 0.90) observada en
varios tratamientos confirma la consistencia del
proceso y la predictibilidad del comportamiento del
biochar bajo condiciones controladas. Este patrón
creciente refleja la progresiva ocupación de los sitios
activos disponibles en la superficie del adsorbente,
especialmente en biochar de cáscara de cacao, que
mostró tanto mayor afinidad superficial como una
cinética más rápida de retención de Hg²⁺. La inclusión
del análisis de regresión no solo refuerza la validez
estadística de los hallazgos, sino que también sienta las
bases para futuras modelaciones que optimicen el
diseño de tratamientos a escala real, adaptables a
contextos de remediación ambiental con alta carga de
contaminantes.
Figura 5. Interacción de variabilidad de la remoción de mercurio (%) en función del tiempo de contacto.
4. CONCLUSIÓN
Los resultados de este estudio demuestran que el
biochar producido a partir de residuos
agroindustriales, específicamente cáscara de cacao y
cascarilla de arroz posee un alto potencial como
material bioadsorbente para la remoción de
mercurio en soluciones acuosas contaminadas. La
eficiencia del proceso depende de forma
significativa del tipo de biomasa utilizada, de la dosis
aplicada y del tiempo de contacto, lo que fue confirmado
mediante análisis estadístico multifactorial. Se observó
que el biochar de cáscara de cacao presentó un mejor
comportamiento adsorbente bajo condiciones
controladas, atribuible a sus propiedades fisicoquímicas
favorables, como menor contenido de cenizas, mayor
porosidad y estabilidad térmica.
La simulación experimental permitió alcanzar
remociones superiores al 95 %, incluso a partir de
soluciones altamente concentradas (108 mg/L), y
lograr concentraciones residuales por debajo del límite
establecido por la normativa ecuatoriana NTE INEN
1108:2014 para agua potable (0.001 mg/L). El uso
combinado de pruebas cualitativas y cuantitativas,
incluyendo marcha analítica y espectrofotometría,
fortaleció la validez de los hallazgos y aportó evidencia
sólida sobre el comportamiento del biochar como
tecnología de remediación accesible y sostenible.
Finalmente, este trabajo contribuye a la búsqueda de
soluciones técnicas aplicables en territorios
vulnerables a la contaminación por metales pesados,
como los entornos próximos a actividad minera.
Además, promueve el aprovechamiento de residuos
orgánicos locales como materia prima para tecnologías
de tratamiento de bajo costo, reforzando el vínculo
entre investigación aplicada, sostenibilidad ambiental
y economía circular.
Agradecimientos. - Los autores desean agradecer a
RENPYS por el fortalecimiento del proceso de
52
Ágreda, J., Ortiz, V., Parra, E.
redacción científica, a la Universidad Técnica de
Cotopaxi por el apoyo en el proceso de investigación y
vinculación mediante proyectos formativos y a
EPAGAL por el aporte de los insumos como la materia
orgánica para la elaboración de biochar.
Contribución de los autores.- Todos los autores
contribuyeron a la concepción y diseño del estudio. La
preparación del material, la recopilación de datos y el
análisis fueron realizados por JA, VO, y EP. El primer
borrador del manuscrito fue escrito por JA, y todos los
autores comentaron las versiones anteriores del
manuscrito. Todos los autores leyeron y aprobaron el
manuscrito final.
Financiación.- No se recibieron fondos, subvenciones
u otro tipo de apoyo. Sin embargo, la Universidad
financió horas para la investigación.
Conflicto de intereses.- Los autores declaran no tener
ningún conflicto de intereses.
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