Tema de Adsorción

1. Universidad de Sonora
Departamento de Ingeniería Química y Metalurgia
Exposición Semestral
Curso: Operaciones Unitarias II
Impartido por el profesor: Marco Antonio Núñez Esquer
Elaborado por: Vera Alejandra Tirado Luna
Semestre 2019-1
A jueves, 7 de marzo del 2019
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2. “Cinética de adsorción del fluoruro en
materiales de bajo costo.”
Autores: X. Fan,D.J. Parker,M.D. Smith
Procedencia de los autores: School of Physics and Astronomy, The University of
Birmingham, Birmingham B15 2TT, UK
Revista: Water Research, Elsevier Vol. 37
Fecha: diciembre de 2003
Páginas: 4929-4937
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3. ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN
2. MATERIALES Y METODOS
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4. CONCLUSIONES
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4. 1. INTRODUCCIÓN
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5. 1. INTRODUCCIÓN
La presencia de flúor en el agua potable, dentro de los
límites permisibles de 0.5 a 1.0 mg / l, es beneficiosa para
la producción y el mantenimiento de huesos y dientes
sanos, mientras que la ingesta excesiva de fluoruro causa
fluorosis dental o esquelética.
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6. 1. INTRODUCCIÓN
Los métodos actualmente utilizados para eliminar el fluoruro del
agua se pueden dividir en dos categorías: precipitación y adsorción.
La precipitación de fluoruro con calcio y sales de aluminio se ha
utilizado para eliminar el fluoruro de las aguas residuales
industriales.
Para la adsorción se han descrito muchas técnicas, como la ósmosis
inversa, la electrodiálisis, la diálisis de Donnan, el intercambio iónico,
el reactor de piedra caliza y la columna de alúmina activada.
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7. 1. INTRODUCCÍON
La atención reciente de los científicos se ha dedicado al
estudio de materiales de adsorción de bajo costo, pero
efectivos.
Este trabajo se centra en investigar el comportamiento de
adsorción del fluoruro en materiales de bajo costo y que
puedan eliminar con eficacia el fluoruro de soluciones
acuosas a un nivel relativamente bajo.
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8. 2. MATERIALES Y
METODOS
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9. 2. MATERIALES Y METODOS
Para comparar la capacidad de adsorción de diferentes materiales a
una baja concentración de fluoruro, se utilizó el isótopo 18F ya que
cuando se usa 18F, el experimento se puede realizar a muy baja
concentración de fluoruro, y la adsorción de fluoruro en partículas
sólidas se puede medir de forma inmediata y precisa por medición
de la radioactividad de 18F utilizando un radioisótopo calibrador CRC-
15R.
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10. En cada experimento 100 mg de partículas sólidas fueron
añadidas en un frasco de vidrio, que contenía 6 ml de agua
desionizada y fluoruro.
Los materiales sólidos utilizados fueron calcita, cuarzo, Cuarzo
activado por Fe3+, fluorita e hidroxiapatita. Todos ellos fueron
materiales altamente cristalizados.
La calcita fue utilizada como material de referencia ya que ha
sido reportado eficaz en la eliminación de fluoruro y ha sido
patentado.
2. MATERIALES Y METODOS
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11. 3. RESULTADOS Y
DISCUSIÓN
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12. 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Teóricamente, la adsorción de fluoruro en partículas sólidas normalmente
toma 3 pasos:
1. Transferencia de masa externa.
2. Adsorción de iones fluoruro sobre la superficie de las partículas
3. Los iones fluoruro adsorbidos probablemente intercambian con los
elementos estructurales dentro de las partículas adsorbentes
dependiendo de la química de los sólidos, o los iones fluoruro
adsorbidos se transfieren a las superficies internas para materiales
porosos (difusión intraparticular).
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13. Bajo condiciones estáticas, la mezcla se dejó por un cierto
intervalo de tiempo, y luego una pequeña cantidad de la
solución acuosa se retiró para medir la radioactividad.
Después de la medición, la solución acuosa fue
cuidadosamente colocar de nuevo en el frasco a lo largo de
la pared del frasco para evitar perturbar la solución
completa.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
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14. Bajo las condiciones de agitación, la mezcla en el frasco se
agitó durante un cierto tiempo utilizando un agitador
mecánico. Los intervalos de tiempo de agitación fueron
diseñados de 10 s, 20 s, 30 s, 1 min, 2 min, y así
sucesivamente, para investigar la cinética de adsorción de
fluoruro. Después de cada intervalo, 5,5 ml de la solución
acuosa se sacó inmediatamente utilizando una pipeta, y las
partículas sólidas se dejaron en el frasco.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
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15. 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Fig. 1 . Curvas cinéticas de adsorción de fluoruro en hidroxiapatita
con un rango de tamaño de 212 a 250 μm a pH 6.0 y una
concentración inicial de 3 × 10 −5 mg / l.
Fig. 2 . Curvas cinéticas de adsorción de fluoruro en
fluorita con un rango de tamaño de 212 a 250 μm a pH
6.0 y una concentración inicial de 3 × 10 −5 mg / l.
%Adsorción
%Adsorción
Tiempo (min) Tiempo (min)
Estático
Estático
Agitado
Agitado
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16. 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Fig. 3 . Curvas cinéticas de adsorción de fluoruro en calcita con un
rango de tamaño de 212 a 250 μm a pH 6.0 y una concentración
inicial de 3 × 10 −5 mg / l.
Fig. 4 . Curvas cinéticas de adsorción de fluoruro en cuarzo con un
rango de tamaño de 212 a 250 μm a pH 6.0 y una concentración
inicial de 3 × 10 −5 mg / l.
%Adsorción
%Adsorción
Tiempo (min) Tiempo (min)
Estático
Estático
Agitado
Agitado
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17. 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El análisis cinético de los datos de adsorción se basa en la cinética de reacción de los
mecanismos de pseudo primer orden y pseudo segundo orden.
Adsorción de pseudo-primer
orden:
Adsorción de pseudo-segundo
orden:
Integrando:
Integrando con limites ( t = 0
a t = t y q t = 0 a q t = q t )
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18. 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Solo los datos de adsorción de
hidroxiapatita siguieron la
ecuación de pseudo primer
orden. La adsorción de
fluoruro sobre calcita, cuarzo y
fluorita no siguió la ecuación
de pseudo primer orden. Los
coeficientes de correlación
estuvieron entre 0.30 y 0.53.
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19. 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Todos los datos cinéticos de los
materiales probados se
pueden describir muy bien
mediante la ecuación de
velocidad de pseudo-segundo
orden. Los coeficientes de
correlación estuvieron entre
0.998 y 1.
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20. 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Las capacidades de adsorción siguen el orden: hidroxiapatita> fluorita> cuarzo activado por
iones férricos> calcita> cuarzo
Entre todos los materiales probados, el hidroxiapatito presentó un patrón de adsorción único y
la mayor capacidad de adsorción de fluoruro
Por ejemplo, a una concentración inicial de fluoruro de 0.064 mg / l, los límites de adsorción
fueron 0.022 mg / g en hidroxiapatita, 0.0071 mg / g en fluorita, 0.005 mg / g en cuarzo
activado, 0.0035 mg / g en calcita y 0.0013 mg / g en cuarzo
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21. 4. COCLUSIONES
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22. 4. COCLUSIONES
oDado que se usa 18 F en lugar de 19 F, los estudios cinéticos de
adsorción de fluoruro se pueden llevar a cabo a una concentración
relativamente baja.
oLa transferencia de masa externa es un paso muy lento durante la
eliminación del fluoruro de las soluciones acuosas.
oEntre los materiales seleccionados, la captación de fluoruro fue un
procedimiento de adsorción de superficie en calcita, cuarzo y fluorita
y un procedimiento de intercambio iónico en hidroxiapatita.
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23. 4. COCLUSIONES
En el rango de concentración inicial de 2.5 × 10 −5 a 6.34 × 10 −2 mg /l:
◦ La hidroxiapatita puede adsorber más del 90% de fluoruro a un pH neutro.
◦ Fluorita puede eliminar aproximadamente el 25%
◦ La calcita puede eliminar el 12% del fluoruro y solo es mejor que el cuarzo.
◦ La activación de los iones férricos en el cuarzo puede mejorar
significativamente la capacidad de adsorción del cuarzo. Después de la
activación, la eliminación de fluoruro aumentó de 5.6% a 20%.
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24. ¡GRACIAS POR SU ATENCIÓN!
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