1. Operaciones Unitarias II
“Aplicación del Modelo de Difusión para la adsorción
del tinte reactivoAzo en la piedra pómez”
Sánchez Ortega Gustavo Eduardo
5 de Junio del 2014
2. Aplicación del Modelo de Difusión
para la adsorción del tinte reactivo
Azo en la piedra pómez
E.V.Veliev,T.Öztürk,S.Veli,AGFatullayev
• Departamento de Física de la Universidad de Kocaeli, 41300, Kocaeli,
Turquía
• Departamento de Ingeniería Ambiental de la Universidad de Kocaeli,
41040, Kocaeli, Turquía
• Escuela de Ciencias Aplicadas de la Universidad Baskent, Baglica Kampusu,
06530, Ankara, Turquía
Recibido: 29 de febrero 2005
Aceptado: 29 de septiembre 2005
Polaco J. Environ. Stud. Vol. 15, pp 347-353 No.2 (2006)
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5. • La industria textil constituye una de las ramas
industriales más importantes de Turquía.
• Las aguas residuales contienen colorantes que reducen la
cantidad de luz necesaria para realizar la fotosíntesis, y
por lo tanto perjudica gravemente al ecosistema.
• Por lo que el tratamiento de estas aguas residuales ha
provocado un interés significativo.
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6. • Dado que los métodos utilizados en este tratamiento difieren
en su efecto en las aguas residuales dependiendo de la
naturaleza del colorante, se hace difícil elegir la correcta.
• El método comúnmente utilizado es el de adsorción, sin
embargo este depende en gran medida de la disponibilidad de
adsorbentes baratos.
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7. • La piedra pómez, se utilizó como adsorbente en este
estudio por su disponibilidad además de ser barato.
• Es una piedra volcánica, que se forma mediante la unión
de un gran numero de pequeños cristales microporosos,
tiene una alta área de superficie especifica y puede tener
un carácter básico o ácido.
Imagen 1. Piedra
Pómez
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8. • Se adopto la Isoterma de adsorción de Freundlich.
• Para explicar los resultado del experimento, se utilizó
como modelo el método de difusión desarrollado por
Meshko.
• Se adopto el método de Crank-Nicholson para resolver
las ecuaciones en derivadas parciales.
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10. • El proceso de difusión se describe por la siguiente
ecuación diferencial:
• Con las condiciones fronteras
• Y condición inicial
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11. • El balance global de masa para el experimento por lotes
cerrados viene dada por:
• Donde la concentración media a lo largo de la partícula
adsorbente se define como:
• Despejando de las condiciones anteriores :
• Y sustituyendo en la condición frontera 2.
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13. Materiales
• Se utilizó como adsorbato el colorante azoico reactivo,
suministrado por Ciba Specialty Chemicals, sin alguna
purificación adicional.
• La piedra pómez fue utilizada como adsorbente, tiene
una densidad de 0,6 gr/𝑐𝑚3
, el tamaño de la partícula
es de 75 micras y con un área superficial de 85𝑚2
/𝑔
Fig. 1.Estructura química del colorante azo
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14. • La Isoterma de equilibrio se determino con diferentes
concentraciones, que oscilan entre 30 a 100 mg/𝐿, el
volumen de la solución utilizada fue de 50 mL se añadió
1-5 gr de piedra pómez, las pruebas se realizaron a 23ºC
con un PH de 4, y se agito mecánicamente, la variación
en la velocidad de agitación se llevó acabo en el rango de
50 a 250 rpm.
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16. Isoterma de Adsorción
• La ecuación empírica de Freundlich sobre una superficie
heterogénea esta dada por:
• Una forma lineal de la ecuación de Freundlich, nos
permitira encontrar las constantes A y n.
• Por lo tanto una gráfica de log 𝑞 𝑠 contra log 𝑐 𝑠 nos
permite encontrar las constantes.
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17. Fig 2. Isoterma de Freundlich de adsorción de
colorantes azoicos en piedra pómez
La capacidad de adsorción (A) e intensidad de
adsorción (n), por la piedra pómez, se encontró que
era 0,024 mg/g y 1,469 respectivamente.
La ecuación de la isoterma de Freundlich para la
adsorción de colorante azo sobre la piedra pómez es
entonces:
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18. • Se examinó el efecto de la concentración inicial en un
rango de 30-100 mg/L los resultados se muestran en la
primera curva de la figura 3a y 3b; se encontró que el
valor del coeficiente de transferencia de masa (𝐾𝑓) no se
asocia con la concentración inicial, mientras que la
difusividad del sólido (𝐷𝑠) si esta asociado con esta.
• También se examinó el efecto de la velocidad de
agitación para la eliminación del tinte, en un intervalo de
50-250 rpm se encontró que 𝐾𝑓 y 𝐷𝑠 no están asociados
con la velocidad de agitación.
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19. 𝑞
𝑞
Fig.3. Dependencia con el tiempo del valor promedio de concentración
en la fase sólida a) Datos experimentales b)curva teórica
I: T=23º C, M=5 g, 𝐶0=50 mg/L, 100 rpm
II: T=23ºC, M=5 g, 𝐶0=30 mg/L, 200 rpm
III: T=23ºC, M= 1 g, 𝐶0=30 mg/L, 100 rpm
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20. Fig. 4 Dependencia de la difusividad del
sólido respecto a la concentración.
Fig. 5 Variación de la difusividad del sólido
respecto a la masa de adsorbente.
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21. Núm. De
Corrida
Co (mgL-1) M (g) Velocidad de
agitación
(rpm)
Kf 105
(ms-1)
Ds1014
(m2s-1)
1 30 5 100 3.72 0.86
2 50 5 100 3.72 0.97
3 70 5 100 3.72 1.08
4 100 5 100 3.72 1.24
5 30 5 50 3.72 0.86
6 30 5 150 3.72 0.86
7 30 5 200 3.72 0.86
8 30 5 250 3.72 0.86
9 30 1 100 3.72 2.16
10 30 2 100 3.72 1.42
11 30 3 100 3.72 1.06
Tabla 1. Coeficiente de transferencia de masa y difusividad en el sólido para la
adsorción de colorante azoico sobre piedra pómez.
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23. • La piedra pómez es un adsorbente adecuado para la
eliminación de tinte de las aguas residuales.
• La Isoterma de Freudlich describe los resultados
experimentales, con A=0,024 mg/g y n=1,469.
• El modelo de difusión se evaluó numéricamente
utilizando el modelo Crank-Nicholson.
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25. Método Crank-Nicholson
• En el campo del análisis numérico, el método de Crank-
Nicholson es un método de diferencias finitas usado para
la resolución numérica de ecuaciones en derivadas
parciales, tales como la ecuación del calor.
• Se trata de un método de segundo orden en tiempo,
implícito y numéricamente estable. El método fue
desarrollado por John Crank y Phyllis Nicolson a
mediados del siglo XX.
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