Adsorción de fluoruro con siderita sintética en solución acuosa

Diana Esmeralda Ochoa Ruiz 22 de mayo 2014

Operaciones unitarias II

¨Adsorción de fluoruro con siderita sintética en solución acuosa¨.

o Qiong Liuo Huaming Guo

o Yue ShanEscuela de Recursos Hídricos y Medio Ambiente, de la

Universidad China de Geociencias. Beijing, China.

Revista: ELSEVIER Año : 2010Paginas: 635-641

Contenido1) Introducción2) Materiales y métodos

2.1 Materiales2.2 Experimento por lotes2.3 Métodos analíticos

3) Resultados y discusión 3.1 Efecto de la dosis de adsorbente 3,2 Efecto del tiempo de contacto3,3 Efecto de la concentración final de F3,4 Estudio termodinámico 3.5 . Efecto del pH de la disolución3.6 . Efecto de la coexistencia de aniones3.7 . Los mecanismos de eliminación de fluoruro

4) Conclusión

Introducción

En diversas partes del mundo, se ha encontrado un alto contenido de Fluoruro en aguas subterraneas, la ingesta excesiva de F provoca fluorosis dental y en casos graves ablandamiento de huesos o lesiones neurológicas.

Introducción

Img. 2 Fluorosis dentalImg. 1 Países con áreas endémicas de fluoruro en aguas subterráneas.

IntroducciónLa eliminación de fluoruro se puede lograr por: Adsorción Intercambio iónico Precipitación-coagulación Separación de membrana Métodos eléctricos

Siderita sintética: Alta capacidad de adsorción Buena cinética de adsorción para la

remoción de aniones  

Img. 3 Siderita

Materiales y métodos

2.1 Materiales

Solucion de Fluoruro Fluoruro de sodio (100 mg/L) Agua desionizada

Precipito (temp. amb)Filtración (0,45µm)

Siderita sintética 3 enjuagues

FeCO3 Tanque de evaporación SecadoTrituración

2.2 Experimento por lotes

50 ml de solución de FluoruroFrascos de 100 ml con el adsorbente.pH 6.86Baño de agua con agitación (150 rpm)con un

controlador termostático (temp. y tiempo de contacto predeterminado).

Decantación Centrifugación Filtración 0.45 µm (acetato de celulosa)

Parámetros

Investigación

Co [mg/L] Tiempo de contacto [h]

Dosis de adsorbente

[g/L]

Temperatura [C]

pH [6,86]

Dosis de adsorbente

20 8 4 y 40 25

Tiempo de contacto

3 y 20 0,16 - 12 20 25

Isoterma de adsorción

3 y 20 15, 25, 40,50

Efecto pH 5 25 2-12

Aniones Competitivos

5

Soluciones 50, 100, 200 y 500 mg/L de P, ,

2.3 Métodos analíticos

Medidor de pH plus sobremesa (Orion, 4-Star) combinado con electrodo de fluoruro (Orion, 9606BNWP)

Método ASTM aprobado (ASTM D 1179-04)Medidor pH estándar (Sartorius, PB-10)Difracción de rayos X (DRX)Microscopia electrónica de barrido (SEM)

Resultados y discusión

3.1 Efecto de la dosis de adsorbente

Fig. 1. Efecto de la dosis de adsorbente. (dosis de adsorbente = 4-40 g / l, concentración inicial F- = 20 mg / L, T = 25 C, tiempo de contacto = 8 h. Las líneas continuas denotan el porcentaje de remoción y las de trazos la capacidad de adsorción (qt); las cuales varían con la dosis de adsorbente)

3.2 Efecto del tiempo de contacto

Fig. 2. Efecto del tiempo de contacto de adsorción de F- (dosis adsorbente = 20 g /L, concentración inicial de F- = 3 y 20 mg / L, T = 25 C).

Tabla 1. Parámetros cinéticos en diferentes concentraciones iniciales de F- (dosis adsorbente=20g/L, T = 25 C).

Mecanismo de adsorción, se emplearon dos modelos:

ln (𝑞𝑒−𝑞𝑡 )=𝑙𝑛𝑞𝑒−𝑘1𝑡 (1) 𝑡𝑞𝑡

=1

𝑘2𝑞22 +

𝑡𝑞2

(2)

Donde:qe: capacidad de adsorción de equilibrio [mg/g]q2: capacidad de adsorción de eq. del valor teórico en el pseudo-modelo de segundo orden [mg/g]K1 y K2[g/(mg h)]: tasa constante del modelo de pseudo-primer orden y pseudo-segundo orden respectivamente.

3.3 Efecto de la concentración inicial de fluoruro

Tabla 2. Efecto de la concentración en la adsorción de F- a 15 C (dosis adsorbente=20g/L, tiempo de contacto = 12 h).

Donde:Co: Concentración inicial de F-Ce: Concentración de equilibrioqe: capacidad de adsorción de equilibrio

Isotermas:𝑞𝑒=

𝑞0𝑏 𝐶𝑒

(1+𝑏 𝐶𝑒)(4 )

𝑞𝑒=𝐴𝐶𝑒

(1+𝐵𝐶𝑒𝑔)

(6)

𝑞𝑒=𝑘𝐶𝑒1/𝑛(5)

Donde:Ce: concentración de equilibrio de F- en fase acuosa [mg/L]qe: cantidad adsorbida en el equilibrio [mg/g]q0 y b: máxima capacidad de adsorción [mg/m] y cte. de equilibrio de ads. [L/mg] en isotermas de Langmuir.K y 1/n: ctes. empíricas de los isotermas de FreundlichA, B y g: ctes. de la isoterma de Redlich-Peterson.

𝐶𝑒

𝑞𝑒

= 1𝑞0𝑏

+𝐶𝑒

𝑞0 (7)

ln𝑞𝑒=𝑙𝑛𝑘+ ln𝐶𝑒 /𝑛(8)

Fig. 4. Isotermas de Langmuir (a) y de Freundlich (b) de adsorción de F- sobre siderita sintética a diferentes temperaturas (dosis adsorbente = 20 g / L, concentración inicial de F- = 3-20 mg / L, T = 15-50 8C, tiempo de contacto = 12 h).

Tabla 3. Parámetros de Isotermas a diferentes temperaturas.

3.4 Estudio termodinámico

Viabilidad termodinámica (confirmar la naturaleza del proceso) Variación de energía libre de Gibbs [KJ/mol] (espontaneidad de

una reacción)

Donde:Kc: Cte. de equilibrio de adsorciónR: Cte. universal de gases (8.314 J/molK)T: Temp. absoluta CAe: concentración de equilibrio en el adsorbente [mg/L]

Fig. 5. Cambio de energía libre de Gibbs () frente a la temperatura (T) (dosis de adsorbente= 20g/L, concentración inicial F- = 3-20 mg / l, T = 15-50 C, tiempo de contacto = 12 h).

 

Tab. 4. Parámetros termodinámicos de adsorción de F- sobre siderita sintética.

3.5 Efecto del pH

Fig. 6. Efecto del pH (dosis adsorbente = 20 g / L, concentración inicial de F- = 5 mg / L, T = 25 C, pH inicial de la solución = 2,0 a 12,0, el tiempo contacto= 12 h. Las líneas continuas denotan la capacidad de adsorción en equilibrio (qe) y la linea de trazos denota el pH después de la adsorción).

3.6 Efecto de la coexistencia de aniones

Fig. 7. Efecto de la coexistencia de aniones en la adsorción de F- (dosis adsorbente = 20 g / L, concentración inicial de F- = 5 mg / L, T = 25 C, tiempo de contacto = 12 horas, las concentraciones iniciales de aniones = 50-500 mg / L; CA indica la concentración inicial de la coexistencia de aniones).

3.7 Los mecanismos de eliminación de fluoruro

Fig. 8. Patrones de difracción de rayos X del adsorbente original (a) y el adsorbente utilizado (b) (S y G representan siderita y goethita, respectivamente).

Fig. 9. Imágenes de SEM del adsorbente original (a) y el adsorbente utilizado (b).

Conclusiones

4. Conclusiones

Adsorción de F- aumento al ascender el tiempo de contacto (alta 2h hasta el equilibrio).

Modelo cinético pseudo-segundo.Adsorción multicapa (Freundlich y Redlich-

Peterson).q disminuyo al aumentar la temperatura de

reacción. El pH (4-9) es independiente en la

eliminación de F-.Presencia de Cl- y NO3- tienen efecto menor

que la presencia de SO y .

Gracias por su atención.