Expo

1. Estudiosde cinéticaytransferenciade
masa sobre laadsorción dearsénicoen
alúminaactivadayalúminaactivada
impregnadade óxidodehierro
Equipo #17:
Torres Martínez Carlos Arturo
Tirado Salazar Anna Rut
Universidad de Sonora
Departamento de ingeniería química y metalurgia
Jueves 27 de octubre de 2022
Semestre 2022-2
Operaciones unitarias II Profesor: Núñes Esquer Marco Antonio

2. Artículo Nombre Kinetics and Mass Transfer Studies on the
Adsorption of Arsenic onto Activated Alumina and Iron
Oxide Impregnated Activated Alumina
Autores Tony Sarvinder Singh & Kamal K. Pant
Lugar de
origen
Departamento de ingeniería química, instituto indio
de tecnología, India
Revista Water Quality Research Journal of Canada,
vol. 41, págs. 147-156
Año 2006

3. Contenido INTRODUCCIÓN
MATERIALES YMÉTODOS
• Solución stock de arsénico
• Estudio cinético
• Determinación de la concentración de As
Resultados
• Efectos del tiempo de contacto
• Modelo de cinética de Lagergren
• Transferencia de masa y pasos de difusión
• Análisis de transferencia de masa
• Mecanismo de eliminación de As
Conclusiones
Bibliografía

4. Introducción

5. ● La contaminación de agua potable por arsénico
es un problema ambiental actual.
● El arsénico se encuentra en aguas naturales
principalmente como arsenito [As(III)] y arseniato
[As(V)].

6. ● Se han adaptado numerosas tecnologías para la
eliminación del arsénico en el agua, la adsorción
es una de ellas.
● Por la exitosa aplicación de la adsorción se exige
la innovación de adsorbentes baratos, no tóxicos
y que se conozcan los parámetros cinéticos y
sus característica de adsorción.

7. Materialesymétodos

8. Generalidades
● Triplicado
● Variación inferior ± 5%
● Grado analítico
● Alta pureza
● Agua caliente
● Jabón para
laboratorio
● ≥ 2hrs
● Agua
desionizada

9. Solución
stock
● 1000 mg/L
● Agua desionizada
● Botellas PET
● <2ºC
● AA: IPCL, Mumbai,
India
● IOIAA: AA impregnada
con sal férrica.
● 10% de óxido de hierro

10. Estudio
cinético
● 0.5 mg/L y 1.5 mg/L
● 1 gr de AA y IOIAA
en 100 ml de As(III) y
As(V)
● NaOH/HCl diluido ● 85 rpm
24 hrs

11. Determinación
de
concentración
A
s
● 192.7 nm
● Adsorción
atómica Zeeman
● Dilución
● Acidificación

12. Yanálisis
Resultados

13. • Para encontrar el pH optimo para la remoción de As(III) y
As(V) se hicieron pruebas en un rango desde 3 a 12.
• Se observó que la máxima remoción de As(III) en AA fue a
un pH de 7.6 removiendo un 96% y en IOIAA a un pH de 12
removiendo un 97%
• Para As(V) en AA se obtuvo 96.6% de remoción con un pH
de 5.8 y en IOIAA un 98.4% en un pH de 7.6.

14. Efecto
del
tiempo
de
contacto
Fig 1. Efecto del tiempo de
contacto en % de As(III) y As(V)
removido de alúmina activada
Fig 2. Efecto del tiempo de
contacto en % de As(III) y As(V)
removido de alúmina activada
impregnada de óxido de hierro
96.1%
94.2%
96.8%
98.4%

15. 𝑑𝑞
𝑑𝑡
= 𝐾𝑎𝑑1 ∙ (𝑞𝑒 − 𝑞)
log 𝑞𝑒 − 𝑞𝑡 = log 𝑞𝑒 − (
𝑘𝑎𝑑1
2.303
)
Expresión de velocidad de primer
orden de Lagergren basada en
capacidad solida
Integrando t = 0 y t y q = 0 a 𝑞𝑡 = q
MODELO
CINÉTICO
DE
LAGERGREN
Fig 3. Modelo de Lagergren para la
remoción de As(III) y As(V) en AA
Fig 4. Modelo de Lagergren para la
remoción de As(III) y As(V) en IOIAA

16. Ecuación de velocidad para la
cinética de quimisorción de
segundo orden:
𝑑𝑞𝑡
𝑑𝑡
= 𝑘𝑎𝑑2(𝑞𝑒 − 𝑞𝑡)2
Integrando:
𝑡
𝑞𝑡
=
1
𝑘𝑎𝑑2𝑞𝑐
2 +
𝑡
𝑞𝑒
MODELO
CINÉTICO
DE
LAGERGREN
Fig 5. Cinética de velocidad de pseudo
segundo orden para la adsorción de
As(III) en IOIAA

17. 1. Transporte de adsorbato desde la solución a granel
hasta la superficie externa del adsorbente a través
de la difusión de la película.
2. Transporte de sorbato a los poros de AA e IOIAA
(difusión de poros).
3. Adsorción de metal en la superficie del adsorbente.
PASOS
DE
TRANSFERENCIA
DE
MASA
Y
Difusión

18. 𝜕𝑞
𝜕𝑡
= 𝐷(
𝜕2
𝑞
𝜕𝑟2
+
2
𝑟
𝜕𝑞
𝜕𝑟
)
𝑞 0,0 = 0, 𝑞 𝑎𝑝, 𝑡 = 𝑞0,
(
𝜕𝑞
𝜕𝑟
)𝑟=0= 0
𝑞 = 1 −
6
𝜋
1
𝑛2
exp(
−𝑛2𝜋2𝐷𝑡
𝑎𝑝
2
)
Ecuación de difusión de
partículas para una forma
esférica
Condiciones iniciales y de
contorno
Ecuación analítica para la
absorción de arsénico
PASOS
DE
TRANSFERENCIA
DE
MASA
Y
Difusión

19. Concentración promedio a
través de la partícula
𝑞 = (
3
𝑎𝑝
3
)
0
𝑎𝑝
𝑞𝑟2𝑑𝑟
Por un corto tiempo la ecuación
converge muy lentamente y da:
𝑞 =
6
𝜋
(
𝐷𝑡𝑡
𝑎𝑝
2
)
1
2= 𝐾𝑝 𝑡
PASOS
DE
TRANSFERENCIA
DE
MASA
Y
Difusión
Fig. 6. Curva de difusión intrapartícula
para la adsorción de As(III) y As(V) en
AA
Fig 7. Curva de difusión intrapartícula
para la adsorción de As(III) y As(V) en
IOIAA

20. PASOS
DE
TRANSFERENCIA
DE
MASA
Y
Difusión
Tabla 1. Constantes de velocidad cinética para la adsorción de As(III) y As(V)
por AA y IOIAA
Concentración de
adsorbato inicial
𝑘𝑎𝑑1(1/ℎ) 𝑅2 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒
𝑑𝑖𝑓𝑢𝑠𝑖ó𝑛
𝑖𝑛𝑡𝑟𝑎𝑝𝑎𝑟𝑡í𝑐𝑢𝑙𝑎
𝐾𝑝(𝑚𝑔/ℎ1/2
)
Eliminación de
As(III) por AA
0.5
1.5
0.2173
0.231
0.985
0.970
0.045
0.129
Eliminación de
As(V) por AA
0.5
1.5
0.2357
0.2553
0.9001
0.9816
0.047
0.131
Eliminación de
As(III) por IOIAA
1.6
2.1
0.6204
0.5627
0.9682
0.9888
0.285
0.395
Eliminación de
As(V) por IOIAA
1.6
2.1
0.3188
0.3034
0.9682
0.9888
0.285
0.395

21. 𝐷𝑓 = 0.23
𝑟0𝛿𝑐
𝑡1
2
𝐷𝑝 = 0.03
𝑟0
2
𝑡1
2
Suponiendo una geometría esférica
para el adsorbente, la constante de
velocidad del proceso se puede
correlacionar con el coeficiente de
difusión de poro y el coeficiente de
película de forma independiente de
acuerdo con las expresiones
PASOS
DE
TRANSFERENCIA
DE
MASA
Y
Difusión

22. Análisis
de
transferencia
de
masa
Balance de masa diferencial de los
iones metálicos dentro de las
partículas
Ct respecto a t, relacionada a los
coeficientes de transferencia
El balance de masa en el adsorbente
𝜕𝐶𝑡
𝜕𝑡
= −𝐾𝑓𝑆𝑆 𝐶𝑡 − 𝐶𝑠 (14)
𝜕𝑞𝑡
𝜕𝑡
= 𝐾𝑏𝑞
𝜕𝐶𝑠
𝜕𝑡
(18)
𝑀
𝜕𝑞𝑡
𝜕𝑡
= −𝐾𝑓𝑆𝑆 𝐶𝑡 − 𝐶𝑠 (17)
𝑙𝑛
𝐶𝑡
𝐶0
−
1
1+𝑀𝐾𝑏𝑞
= ln
𝑀𝐾𝑏𝑞
1+𝑀𝐾𝑏𝑞
−
1+𝑀𝐾𝑏𝑞
𝑀𝐾𝑏𝑞
𝐾𝑓𝑆𝑆𝑡 (23)

23. Análisis
de
transferencia
de
masa
Fig. 8. Estimación de los coeficientes de
transferencia de masa para la eliminación
de As(III) y As(V) en AA y IOIAA.

24. El mecanismo por el cual se elimina el arsénico mediante este
procedimiento implica la formación de un par de iones.
El mecanismo de eliminación de arsénico también se puede
explicar utilizando el modelo de una superficie de alúmina
hidroxilada sujeta a protonación y desprotonación.
Mecanismo
de
remoción
de
A
s
𝐹𝑒2+
+ 𝐴𝑠𝑂3
3−
= 𝐹𝑒𝐴𝑠𝑂3
−
↔ 𝐹𝑒𝐴𝑠𝑂3(𝑠)+ 𝐹𝑒𝑂 𝑂𝐻 (𝑠) 24
𝐴𝑙𝑂𝐻 + 𝐻 + 𝐻2𝐴𝑠𝑂3
−
⇒ 𝐴𝑙𝐻2𝐴𝑠𝑂3
−−
+ 𝐻𝑂𝐻 25

25. Conclusiones

26. • La eficacia del tratamiento de aguas con AA para As
es alta.
• Hay mayor eficacia en el sistema IOIAA.
• La eliminación máxima de As(III) y As(V) depende en
gran medida del pH inicial, concentración de As y la
naturaleza de los iones.

27. • La cinética de Lagergren de primer orden explica la
adsorción sobre la AA, mientras que la de pseudo
segundo orden sobre la IOIAA.
• El período inicial la transferencia de masa fue
predominante, pero a medida que avanza la
adsorción, la difusión de los poros dominó la cinética.

28. Artículo
Water Quality Research
Journal 41 (2): 147-156
(2006) Kinetics and Maas
transfer studies on the
adsorption of arsenic onto
activated alumina and iron
oxide impregnated
activated alumina. Tony S.
Singh, Kamal K. Pant.
Bibliografía

29. Por suatención
gracias