Activacion de Una Zeolita Para Incrementar Su Capacidad de Intercambio Ionico en La Adsorcion de

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  • ACTIVACION DE UNA ZEOLITA PARA INCREMENTAR SU

    CAPACIDAD DE INTERCAMBIO IONICO EN LA ADSORCION DE

    CONTAMINANTES PRESENTES EN EFLUENTES

    Ing. Paul Karel Huanca Ziga

    Departamento de Ingeniera Metalurgia y de Materiales, Facultad de Ingeniera de Procesos-

    Universidad San Agustn-Arequipa, Per

    Agosto 2009.

    Contacto: cliffpool@yahoo.es

    Abstract

    La Zeolita es una roca compuesta de aluminio, silicio, y oxgeno. Se halla en

    una variedad de regiones del mundo donde la actividad volcnica prehistrica

    ocurri cerca del agua, o donde el agua ha estado presente por milenios desde

    las erupciones. En este trabajo se da una visin general y se presenta las

    bondades de este material y en un trabajo posterior se caracterizar un

    material zeoltico procedente de la zona de Ocuviri-Lampa, a pocos kilmetros

    de la ciudad de puno: para determinar su efectividad en la remocin de metales

    txicos contenidos en agua, concretamente usaremos el plomo.

    Antecedentes

    En 1858, Eichhorne fue el primero que evidenci la capacidad de las zeolitas

    de intercambiar sus constituyentes catinicos.

    Rodrigues Fuentes, Gerardo; menciona que en la 5ta. Conferencia

    Internacional sobre Zeolitas Naturales, celebrada en Octubre de 1997 en

    Npoles, una de las conclusiones alcanzadas fue que las zeolitas naturales se

    reafirman entre los mejores materiales para ser elegidos en procesos

    tecnolgicos de eliminacin de contaminantes.

    Los aluminosilicatos son un grupo de materiales de muy diversa estructura

    cristalina, que son utilizados en diferentes aplicaciones de inters industrial y

    econmico. La mayor ventaja de estos materiales es la facilidad para modificar

    sus propiedades adecundolas a las necesidades concretas de la aplicacin a

    la que son destinadas, adems de poder sintetizarse en el laboratorio a partir

    de sus componentes elementales.

  • Son numerosos los trabajos realizados en los ltimos aos sobre

    aluminosilicatos de distinta composicin, naturales y sintticos, amorfos y

    cristalinos. Todos ellos se centran en la caracterizacin de estos productos y

    estudio de su aplicabilidad en distintos procesos; adems del empleo de

    mtodos de sntesis que permitan mejorar el rendimiento para una determinada

    reaccin.

    Desde principios de siglo las interesantes propiedades de un determinado

    grupo de aluminosilicatos denominado zeolitas, estimularon el inters de los

    investigadores por lograr en el laboratorio cristales con sus caractersticas, u

    optimizar las propiedades de productos naturales. Desde entonces ha habido

    un crecimiento continuo en el nmero de productos zeolticos sintticos y en el

    de sus posibles aplicaciones, reflejado en el nmero de patentes registradas

    anualmente.

    Desde el punto de vista ambiental las zeolitas ofrecen una alternativa en la

    remocin de una amplia gama de contaminantes tanto en el agua, suelo y aire.

    Entre estos contaminantes estn los metales pesados y dentro de estos

    tenemos al plomo, que es materia de estudio del presente trabajo.

    Estado del Arte

    Desde hace algunas dcadas, las investigaciones sobre zeolitas se han

    incrementado de manera importante, como lo demuestran los artculos,

    patentes y libros que sobre ellas se publican anualmente. Estos materiales

    zeolticos se utilizan cada ao como suavizantes de agua, en detergentes,

    como catalizadores, como adsorbentes, para mejorar las caractersticas de

    suelos al controlar el pH, la humedad y el mal olor de los abonos, entre otras

    aplicaciones.

    Definicin del Problema

    En la actualidad, el problema de la contaminacin ambiental a nivel global es

    uno de los mayores desafos que afronta el ser humano para poder garantizar

    un futuro saludable del ambiente a las generaciones venideras, en tal sentido la

    presencia de metales pesados en el aire, agua y suelo, exige pronta atencin;

    dado que el plomo despus del cadmio es el segundo metal pesado en ranking

  • de importancia para su eliminacin es que se hace necesaria la

    implementacin de alternativas de mitigacin del mencionado metal en nuestro

    entorno.

    Objetivos

    Objetivo General

    Demostrar que el material zeoltico de la zona sur este del Per es capaz de

    retener el catin Pb+2 contenido en solucin.

    Objetivos Especficos

    Caracterizar mineralogicamente el material zeoltico de la zona sur este del

    Per.

    Determinar la capacidad de adsorcin de este material en soluciones a

    concentracin variable.

    Determinar la cintica de adsorcin.

    Justificacin

    El propsito de esta revision es exponer las caractersticas y las propiedades

    de las zeolitas, haciendo nfasis sobre sus propiedades de intercambio inico.

    As mismo dar a conocer el tipo de modificaciones que se estn realizando

    actualmente a las zeolitas, para modificar sus propiedades superficiales,

    orientado hacia la remocin de contaminantes.

    Adsorbentes Naturales

    Arcillas

    Las arcillas son rocas naturales en forma de partculas muy finas (menor que

    2m), compuestas de minerales conocidos como minerales arcillosos. Ellos son

    esencialmente lminas de silicatos de aluminio hidratado. En algunos casos,

    presentan sustitucin del aluminio por Fe o Mg y lcalis. Algunas arcillas

    pueden estar compuestas de slo un mineral arcilloso pero es ms frecuente

    encontrarlos mezclados con otros minerales como feldespatos, cuarzo,

    carbonatos y micas.

    Los minerales arcillosos consisten de dos unidades bsicas:

  • (a) tetraedros de SiO4 que comparten tres de sus cuatro oxgenos formando

    una capa extensa bidimensional con los oxgenos apicales dirigidos hacia

    arriba o hacia abajo en cada capa.

    (b) capas octadricas compuestas por oxgenos y tomos metlicos,

    generalmente aluminio o magnesio. La capa tetradrica se conecta a la capa

    octadrica a travs de sus oxgenos apicales, que algunas veces pueden ser

    reemplazados por oxidrilos.

    Aluminosilicatos

    Los Aluminosilicatos son compuestos minerales constituidos esencialmente de

    xidos de silicio y aluminio con cationes como calcio, magnesio, sodio, potasio,

    etc.

    Se clasifican en tectosilicatos como las zeolitas faujasitas o filosilicatos como la

    mica. Pueden ser de origen natural o sinttico y su composicin qumica es

    variable.

    La Zeolita

    Desde hace algunas dcadas, las investigaciones sobre zeolitas se han

    incrementado de manera importante, como lo demuestran los artculos,

    patentes y libros que sobre ellas se publican anualmente. Estos materiales

    zeolticos se utilizan cada ao como suavizantes de agua, en detergentes,

    como catalizadores, como adsorbentes, para mejorar las caractersticas de

    suelos al controlar el pH, la humedad y el mal olor de los abonos, entre otras

    aplicaciones.

    Definicin

    La Zeolita es una roca compuesta de aluminio, silicio, y oxgeno. Se halla en

    una variedad de regiones del mundo donde la actividad volcnica prehistrica

    ocurri cerca del agua, o donde el agua ha estado presente por milenios desde

    las erupciones. En 1756, el mineralogista sueco Baron Axel Fredrick Cronstedt

    descubri la zeolita. Se relata que su perro sac la piedra mientras escarbaba,

    y el mineralogista la llam zeolita debido a que significa perro en sueco. En

  • otro relato, se dice que descubri que cuando la zeolita se calentaba, emita

    vapor. Zeolita significa piedra hirviente en griego.

    La zeolita tiene una porosidad natural debido a que tiene una estructura

    cristalina con ventanas, jaulas, y sper jaulas. Las zeolitas naturales tienen

    ventanas de tamao limitado (tamao de poro) y todas son hidroflicas (tienen

    afinidad por el agua). Algunas zeolitas sintticas se parecen al carbn

    absorbente, dado que ambas pueden considerarse hidrofbicas (tienen afinidad

    por los compuestos orgnicos, con poca o ninguna afinidad por el agua), y

    pueden adsorber vapores orgnicos con molculas de tamao ms pequeo

    que el de sus poros. Tanto el carbn como la zeolita pueden adsorber agua y

    molculas orgnicas; sin embargo, aquello por lo que tenga mayor afinidad,

    desplazar las dems molculas. La zeolita tiene un tamao de poro

    uniforme, lo cual hace que se le denomine como un tamiz molecular, mientras

    parece que los carbones tienen poros que se comunican con poros ms

    pequeos que a su vez se comunican con poros todava ms pequeos ad

    infinitum.

    El carbn absorbente, el cual es en realidad un adsorbente, tambin tiene

    afinidad por el agua en algunos sitios, lo que disminuye su capacidad para

    adsorber las molculas orgnicas de las corrientes que contienen molculas de

    agua. Esto puede ser cierto o no en el caso de la zeolita, dependiendo del tipo

    de zeolita que se seleccione. Generalmente, entre mayor sea la razn de silicio

    y aluminio, ms hidrofbica es la zeolita. Las zeolitas hidrofbicas tienen que

    ser sintetizadas, ya que no se encuentran en la naturaleza.

    Las zeolitas pertenecen a la familia de los tectosilicatos y son aluminosilicatos

    cristalinos, con elementos de los grupos I y II como cationes. Consisten en un

    armazn de tetraedros de [SiO4]4- y [AlO4]5- conectados el uno al otro en las

    esquinas por medio de tomos de oxgeno.

    La estructura presenta canales y cavidades de dimensiones moleculares en las

    cuales se encuentran los cationes de compen