Sorción en la combustión de materiales fibrosos de la industria azucarera

ESTUDIO DE LA SORCIÓN E INTERCAMBIO DE IONES PLOMO (II) EN UN PRODUCTO DE
LA COMBUSTION DE MATERIALES FIBROSOS DE LA INDUSTRIA AZUCARERA.
Centro de Estudio de Termoenergética Azucarera, Universidad Central de Las Villas
Departamento de Lic. Química, Fac. Química − Farmacia, Universidad Central de Las Villas
RESUMEN
Los materiales sólidos granulados que presentan alto contenido de silicio se caracterizan por su capacidad de
sorción. El estudio de la sorción e intercambio iónico del los iones plomo (II) con un residuo sólido de la
industria azucarera con alto contenido de silicio se aborda desde el punto de vista termodinámico y cinético .
Se realiza un diseño de experimento para cada metal que toma en cuenta la concentración, temperatura, pH,
velocidad de agitación y tiempo de contacto. Se determina la capacidad de sorción, las isotermas de Breck y la
variación de energía libre de Gibbs para cada metal y a cada temperatura de trabajo, también los principales
parámetros cinéticos que caracterizan el proceso y la energía de activación del mismo.
Palabras claves: sorción; residuo; termodinámico; cinético
I.INTRODUCCIÓN.
La necesidad de controlar la contaminación que provocan los metales pesados es cada vez más acuciante. Se
ha demostrado científicamente que, además de causar algunos de los problemas ambientales más graves, la
exposición a metales pesados en determinadas circunstancias es la causa de la degradación y muerte de
vegetación, ríos, animales e incluso, de daños directos al hombre. El crecimiento demográfico en zonas
urbanas y la rápida industrialización han provocado serios problemas de contaminación y deterioro del
ambiente, sobre todo, en los países en vías de desarrollo.
La actividad industrial y minera vierte al medio ambiente metales tóxicos como: plomo, mercurio, cadmio,
arsénico, cromo, etc., muy dañinos para la salud humana y para la mayoría de formas de vida. Además los
metales originados en las fuentes de emisión generadas por el hombre, incluyendo la combustión de nafta con
plomo, se encuentran en la atmósfera como material suspendido que respiramos.
Por otro lado, las aguas residuales no tratadas, provenientes de las minas y fábricas, llegan a los ríos, mientras
los desechos contaminan las aguas subterráneas. Cuando se abandonan metales pesados en el ambiente,
contaminan el suelo y se acumulan en las plantas y los tejidos orgánicos. La peligrosidad de los metales
pesados es mayor al no ser química ni biológicamente degradables.
Los tratamientos de residuales, en general los de residuales no biodegradables y particularmente los de aguas
residuales contaminadas con metales pesados resultan caros, pues el equipamiento que compone una planta de
tratamiento de proporciones medias, se elevó en más de medio millón de dólares entre el año 1985 y 199. En
este sentido el objetivo fundamental de nuestro trabajo es estudiar la factibilidad de la utilización de un
residuo fibroso (puzolana) de la industria azucarera en la eliminación de los iones plomo(II)
II.MATERIALES Y MÉTODOS
II.1.METODOLOGÍA PARA EL ESTUDIO TERMODINÁMICO.
Para la realización del estudio termodinámico se prepararon 5 soluciones a diferentes concentraciones del ión
bajo estudio, se tomaron de estas soluciones 50 ml y se sometieron al proceso con 0.1 gramos del sorbente,
1
por espacio de 14 horas, y a dos temperaturas diferentes (T1=25ºC y T2=60ºC) utilizando un agitador
magnético. La concentración inicial y final del proceso se determinó por espectrometría de absorción atómica
(EAA)
II.1.METODOLOGÍA PARA EL ESTUDIO CINÉTICO.
Este estudio se realizó preparando una solución de 100ml de volumen y una concentración determinada
mediante EAA en contacto con 0.2 gramos del material utilizado como sorbente, por un tiempo de 14 horas y
con agitación mecánica. Se fueron tomando alícuotas de 1 mililitro para la determinación de la variación de la
concentración con respecto al tiempo de contacto. Este proceso se realizó para las temperaturas de 25ºC y
60ºC.
III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN.
III.1.RESULTADOS DEL ESTUDIO TERMODINÁMICO.
ESTUDIO DE LA CAPACIDAD DE SORCIÓN E INTERCAMBIO.
Se determinó la capacidad máxima de sorción e intercambio para ambas temperaturas de trabajo (Tabla.1)
Tabla.1 Valores de las capacidades de intercambio y de concentración de equilibrio.
25 ºC
ion
Pb (II)
qA
60 ºC
CA
qA
CA
0.263950
15.10
0.271320
0.36
0.128445
0.074945
0.034340
0.015140
0.18
0.11
0.32
0.42
0.128405
0.074950
0.034300
0.015115
0.19
0.10
0.40
0.47
Como hecho a destacar, se tiene que la máxima capacidad de intercambio es 0.2639 para la temperatura de 25
ºC y 0.2713 mg/g para 60 ºC, valores estos similares a la capacidad de intercambio teórica de los sorbentes
reportados en la literatura (0.2691 mg/g) [Breck, 1974][Keane, 1995], aunque para la temperatura de 60 ºC
este valor es superior al reportado, indicando que el sorbente presenta capacidades potenciales para el
inetercambio.
III.2.ANÁLISIS DE LAS ISOTERMAS DE INTERCAMBIO IÓNICO.
El estudio consiste en la determinación de la isoterma de intercambio (isoterma de Breck) donde se establece
la relación que existe entre la fracción molar equivalente del ión en el sólido y la fracción molar equivalente
del ión en la solución así como la determinación de los valores del factor de separación
y coeficiente de selectividad
, siendo A (Pb2+) y B (Ca2+) el ión intercambiado. Mostrándose los resultados a continuación (ver tabla.2 y
figuras 1 y 2)
Tabla.2 Valores de fracción molar equivalente del ión en el sólido, fracción molar equivalente del ión en la
solución, factor de separación, coeficiente de selectividad y logaritmo del coeficiente de selectividad.
Temperatura
2
25 ºC
3