Diseño de un sistema de adsorción a base de arcilla para la remoción de plomo

Abstract

El presente trabajo tiene la finalidad de diseñar un sistema de adsorción para la remoción de Pb2+ empleando una arcilla natural como material adsorbente. Esta arcilla resultó efectiva para la remoción de otros iones metálicos, tales como Cd2+, As3+, Zn2+, Ni2+, Cu2+ en condiciones en lote. Se obtuvo la mayor capacidad de adsorción para el Pb2+, seguido de Zn2+, Cd2+, Ni2+, Cu2+ y As3+. La capacidad máxima de adsorción de Pb2+ fue de 10 mg/g a 30 °C, alcanzándose en 10 h aproximadamente, y al incrementar la temperatura a 40°C la capacidad aumento a 12 mg/g en 6 h. Los modelos que mejor representaron el proceso de adsorción fueron el de Sips y Pseudo Primer Orden. Además, el proceso de adsorción fue de naturaleza endotérmica y física en función de los parámetros termodinámicos. Según las técnicas de caracterización el material adsorbente fue clasificado como bentonita con mayor contenido de montmorillonita y otros minerales como feldespatos y cuarzos, además presentó en su superficie grupos como Si-O presentes en la estructura de las montmorillonitas, así como Al-Mg-OH presentes en el cuarzo. El diseño del sistema de adsorción se basó en modelaciones matemáticas para la obtención de curvas de ruptura, en lugar de las pruebas experimentales como lo indica la literatura. Estas modelaciones partieron de los datos experimentales obtenidos en lote. Finalmente, los resultados de estas curvas fueron aplicadas a la metodología de Hendricks modificada en este trabajo. En síntesis, esta metodología permitió simplificar el proceso de escalamiento de una columna de adsorción en términos prácticos para aquellas personas afines al área de la ingeniería civil, considerando la complejidad del proceso en términos de transferencia de masa. Palabras clave: metales pesados, columna de adsorción, escalamiento

Present work had the purpose of designing an adsorption system for the removal of Pb2+ using a natural clay as adsorbent material. This clay turned out to be effective for the removaln of other metallic ions, such as Cd2+, As3+, Zn2+, Ni2+, Cu2+ in batch conditions. The highest adsorption capacity was obtained for Pb2+, followed by Zn2+, Cd2+, Ni2+, Cu2+ and As3+. The maximum adsorption capacity of Pb2+ was 10 mg/g at 30 °C, being reached in approximately 10 h, and when the temperature was increased to 40 °C the capacity increased to 12 mg/g in 6 h. The models that best represented the adsorption process were Sips and Pseudo First Order. Furthermore, the adsorption process was endothermic and physical as a function of thermodynamic parameters. According to the characterization techniques, the adsorbent material was classified as bentonite with a higher content of montmorillonite and other minerals such as feldspars and quartz, in addition it had groups such as Si-O present in the structure of montmorillonites, as well as Al-Mg- OH present in quartz. The design of the adsorption system was based on mathematical modeling to obtain breakdown curves, instead of experimental tests as indicated in the literature. These models were based on the experimental data obtained in batch. Finally, the results of these curves were applied to the modified Hendricks methodology in this work. In summary, the methodology presented simplifies the process of scaling an adsorption column in practical terms for those people related to the area of civil engineering, considering the complexity of the process in terms of mass transfer. Keywords: heavy metals, adsorption column, scaling