Se determinaron los parámetros óptimos que afectan la adsorción de iones de arsénico As(III) en alúmina activada impregnada con óxido de hierro, mediante experimentos en sistemas por lotes y en columna.

1. UNIVERSIDADDE SONORA
DIVISIÓN DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTODEINGENIERÍA
QUÍMICAY METALURGÍA
OPERACIONES UNITARIAS II
Adsorción de As (III) en solución
acuosa sobre alúmina activada
impregnada de óxido de hierro
PROFESOR: Marco Antonio Núñez Esquer
EXPEDIENTE: 215205452
ALUMNA: Lizveth Stephany Félix Balderrama
SEMESTRE: 2019-2
FECHA: 10 de octubre de 2019

2. • Water Quality Research Journal de
Canada
Revista
• Shugi Kuriakose, Tony Sarvinder
Singh y Kamal K. Pant
Autores
• Instituto Indio de Tecnología Hauz
Khas, Nueva Delhi, India
Institución
• 39Volumen
Adsorción de As (III) en solución acuosa sobre
alúmina activada impregnada de óxido de hierro
• 258–266Páginas
• 2004Año
• 3Número
• Alúmina activada, óxido de
hierro, adsorción, arsenito y
curva de avance
Palabras
Clave

3. Adsorción de As (III) en solución acuosa sobre alúmina activada impregnada de óxido de hierro
 IOIAA: Alúmina activada impregnada de óxido de hierro.
 AA: Alúmina activada.
 Ce: Concentración de equilibrio de As (III) (mg/L).
 qe: Cantidad de As (III) adsorbida por unidad de masa de adsorbente en
equilibrio (mg/g).
 Cn: Concentración de arsénico III.
 Cb: Concentración de adsorbato en el efluente en desarrollo (mg/L).
 Co: Concentración inicial de As(III) (mg/L).
 Ct: Concentración de masa de soluto en el efluente (mg/L).

4. RESUMEN
INTRODUCCIÓN
MATERIALES Y PREPARACIÓN
SECCIÓN EXPERIMENTAL
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
CONCLUSIONES
REFERENCIAS
ÍNDICE

5. RESUMEN

6. RESUMEN
Los parámetros
óptimos para
llevar a cabo la
adsorción de As
III sobre
IOIAA,
experimentos en
lotes y en
La adsorción de
As (III) fue
dependiente:
-pH
-Temperatura
-Concentración
inicial de
El proceso de
adsorción se
ajustó a las
isotermas:
- Langmuir
- Freundlich
Los estudios de
cinética
mostraron que
una ecuación de
tasa de pseudo
primer orden
describe con
éxito el proceso
El equilibrio se
alcanzó a las 10h,
donde se
observó que el
tiempo necesario
fue
independiente
la concentración

7.  Los estudios de columna mostraron que la adsorción
dependía en gran medida del tiempo de contacto con
el lecho vacío.
Tiempo necesario para
el establecimiento de la
zona de adsorción
18.3 a 70.4 h
Capacidad fraccional
0.39 a 0.63
Longitud de la zona de
adsorción
3.0 a 3.85 cm
Porcentaje de
saturación en el punto
de ruptura
69.6 a 81.5%
Parámetros de diseño de la columna
Las observaciones mencionadas anteriormente se refieren a una relación directa entre la
longitud de la zona de adsorción (δ) y el porcentaje de saturación en el punto de ruptura.

8. INTRODUCCIÓN

9. INTRODUCCIÓN
La contaminación del agua potable por arsénico se ha convertido uno
los principales problemas ambientales y de salud del siglo XXI.
La OMS ha reportado el máximo límite de contaminantes de arsénico de
10 a 50 µg/L, debido a los altos datos de toxicidad.
El arsénico se encuentra en el agua subterránea como As(V) y como As
(III). De éstos dos, el As (III) es más tóxico y difícil de eliminar.

10. La mayoría de las tecnologías desarrollados son efectivas solo cuando
As(V) es la especie predominante. La eliminación de As (III) más factible se
ha llevado a cabo convirtiéndolo en As(V) por oxidación.
Los agentes oxidantes utilizados para este propósito incluyen óxido de
manganeso, ozono y hierro, provocando efectos tóxicos sobre salud
humana.
Por lo tanto, existe la necesidad urgente del desarrollo de una tecnología
de eliminación de arsénico simple, económica y eficiente.

11. La mayoría de los adsorbentes utilizados para la
eliminación del arsénico se pueden clasificar en tres
grupos principales:
Compuestos de
Aluminio
Compuestos de Hierro
Compuestos de
Lantano

12. Son adecuados para la eliminació
de la especie
La especie de arsénico presente
en el agua
Limita el rendimiento de la
mayoría de estos adsorbentes
As III As V
Adsorción sobre la alúmina
activada simple
Método prometedor para la eliminación
de arsénico
Adsorción sobre la alúmina
activada impregnada con oxido
de hierro
As V As V As III
Arena del río Ganges, India
(rica en recubrimientos de
hierro)
Elimina arsenito de la solución
acusa, con una capacidad
reportada de 0.024 mg/g

13. Dificultad en
regeneración
Naturaleza no
porosa
Poca superficie de
contacto
Pérdida de alta
presión
Desventajas de usar estos materiales para la eliminación de arsénico
Determinación de la condiciones optimas de la
adsorción de As (III)
pH
Impregnación de óxido de hierro
Cantidad de adsorbente
Tiempo de contacto
Concentración inicial de soluto
Objetivo del estudio
Investigar la eficiencia de
eliminación de arsénico (III)
con la alúmina activada
impregnada con óxido de
hierro por lotes y columna,
variando el caudal y altura
del lecho.

14. MATERIALES Y
PREPARACIÓN

15. MATERIALES
Todos los reactivos se
prepararon usando agua
doblemente destilada.
La solución de arsenito se
preparó usando arsenito de
sodio (NaAsO2).

16. PREPARACIÓN DEL ADSORBENTE
1
• Cien gramos de gránulos de alúmina activada (AA) se
pusieron en solución de 0.12M de sulfato férrico
(Fe2(SO4)3·9H2O)
2
• Se colocó en un horno a 378 K durante 24 horas.
3
• Se le dio un tratamiento térmico a 878 K durante 2
horas.
4
• La solución de sulfato férrico era fuertemente ácida
(pH 2.5). Como se observa en la reacción:
La alúmina activada fue impregnada con sulfato férrico
𝐹𝑒+3 + 𝑛𝐻2 𝑂 → 𝐹𝑒(𝑂𝐻 𝑛
3−𝑛 + 𝑛𝐻+
Alúmina activada
recubierta con
óxido de hierro

17. SECCIÓN
EXPERIMENTAL

18. Los
experimentos
por lotes se
llevaron a cabo
en matraces
con agitadores
mecánico con
temperatura
controlada.
Los estudios
se realizaron a
diferentes
niveles de pH
iniciales (3.0-
12.0) para
determinar el
efecto sobre la
adsorción de
As (III).
Se agregó AA
impregnada
de óxido de
hierro a
diferentes
matraces que
contenían
cada uno una
solución de As
(III).
Estas muestras
se agitaron a
85 rpm y 298K
hasta alcanzar
el equilibrio.
Finalmente, se
filtraron
y se
determinó la
concentra-
ción residual
de As (III).
ESTUDIO POR LOTES

19. Se realizó un estudio comparativo para la efectividad de AA y
AA impregnados con óxido de hierro
para la eliminación de As (III)
PROPIEDADES Alúmina activada
Alúmina activada
impregnada de óxido de
hierro
Forma de partícula Esferas Esferas
Color Blanco Marrón rojizo
Tamaño de partícula (mm) 1.8 - 2.2 1.8 - 2.2
Área de superficie (m2/g) 360 - 370 190 - 210
Volumen de poros (cm3/g) 0.42 0.27
Densidad aparente (g/cm3) 0.800 0.850
TABLA 1. Propiedades físicas de los adsorbentes.

20. ESTUDIO DE COLUMNA DE ADSORCIÓN
Columna Perspex
(45 cm de longitud y
2.5 cm de diámetro
interno) como
columna vertical de
lecho fijo.
Se colocó un depósito de agua
elevado con un cabezal
Dicho depósito equipado con una
válvula de control a través de la
cual se dejó pasar la solución de
arsénico.
Se realizaron estudios de lecho
para evaluar el rendimiento de la
columna a un pH óptimo de 12.0
El tiempo de contacto varió de 4
18 min variando el caudal de
entrada y la altura del lecho.

21. RESULTADOS Y
DISCUSIÓN

22. Efectividad de la adsorción de As (III) con la impregnación de óxido
de hierro
Figura 1. Efecto del recubrimiento de óxido de
hierro sobre la adsorción de As (III).
El rendimiento de AA impregnada con óxido
de hierro (IOIAA) se comparó con AA para la
eliminación de As (III)
El recubrimiento de óxido de hierro da
como resultado un aumento en el
porcentaje de adsorción de soluto.
La adsorción de As (III) aumentó de
0.158 a 0.286 mg/g con impregnación
de óxido de hierro
Se logró una mayor adsorción
probablemente debido a la mejora en
velocidad de reacción.

23. Efecto del pH de la solución sobre la adsorción de As (III)
Figura 2. Efecto del pH sobre la adsorción de As (III)
El porcentaje de As (III) eliminado a varios
niveles iniciales de pH
El porcentaje de eliminación de As (III)
se vio menos afectado (78-83%) en el
rango de pH de 3 a 8.
Al aumentar el pH más allá de 8, se
obtuvo la eliminación máxima de As
(III) (96.7%) a un pH de 12.0.
La mayor eliminación en el medio
básico podría deberse a que el As (III)
es especie aniónica H2AsO3.
El pH del agua tratada al final del experimento fue de 7.3, lo cual es
adecuado para beber sin ningún tratamiento posterior.

24. Isotermas de adsorción
Figura 3. Gráfico de isoterma de adsorción de Langmui
Los datos de isoterma de adsorción se cuantifican para describir las interacciones
entre el adsorbato y el adsorbente y son críticos para optimizar el uso del
adsorbente.
 b: Constante que se relacionan con la energía de
adsorción.
 qm: Constante que se relacionan la capacidad de
adsorción.
La isoterma de Langmuir
𝑞 𝑒 =
𝑏𝑞 𝑚 𝐶𝑒
1 + 𝑏𝐶𝑒
La naturaleza lineal de la gráfica muestra que
la adsorción sigue la isoterma de Langmuir.

25. Figura 4. Gráfico de isoterma de adsorción de Freundlich.
 k: Constante de capacidad de adsorción.
 n: Constante de la intensidad de adsorción.
La isoterma de Freundlich
Un aumento en la temperatura resultó en un
aumento en la capacidad e intensidad de
adsorción.
𝑞 𝑒 = 𝑘𝐶𝑒
1
𝑛
La eliminación de arsénico (III) aumentó
con un aumento de la temperatura que
muestra la naturaleza endotérmica del
proceso.

26. Se realizó un estudio comparativo de los ajustes de las
isotermas de adsorción y se determinaron parámetros
termodinámicos
TABLA 2. Isotermas de adsorción y parámetros termodinámicos.
Temperatura
(K)
Constante isotérmica de
Langmuir
Constante isotérmica de
Freundlich Kox10-3
(m3
mol-1)
-∆G°
(KJ mol-
1)
∆H°
(KJ mol-
1)
∆S°
(KJ mol-1 K-
1)b
(L/mg)
qm
(mg/g)
R2 k
(mg/g)
n R2
298 0.554 0.734 0.993 0.302 1.113 0.996 41.5 26.34 6.82 0.111
308 0.584 0.803 0.990 0.344 1.114 0.992 43.8 27.36
315 0.646 0.858 0.984 0.374 1.160 0.980 48.4 28.25

27. Estudios de cinética
Figura 5. Concentración residual de As (III) en función
del tiempo de contacto
Principales observaciones del estudio
de cinética
La absorción de As (III)
con el aumento del tiempo de
contacto.
la tasa de adsorción fue rápida
en las primeras cuatro horas.
la capacidad máxima de
adsorción con IOIAA fue de
mg/kg con una concentración
inicial de As (III) de 1.4 mg/L.

28. Estudios de columna
Figura 6. Curvas de adsorción a diferentes velocidades
de flujo.
Condición experimental
El punto de ruptura se eligió a
valor de Cb de 0.01 mg/L.
La adsorción de As (III) se
a velocidades de flujo de 120 y
300 ml/h.
La concentración de As (III)
influyente se mantuvo a 0.5
mg/L.

29. Figura 7. Efecto de la altura del lecho sobre la forma de la
curva de adsorción.
El efecto del tiempo de residencia
también se estudió variando la altura
del lecho
Los experimentos se realizaron a
una altura de lecho de columna
de 6 y 12 cm correspondiente a
tiempos de residencia de 9.4 y
18.8 min, respectivamente.
En un tiempo de contacto
menor, la curva es más
pronunciada y muestra el
agotamiento más rápido del
lecho fijo.

30. CONCLUSIONES

31. La IOIAA es un adsorbente eficaz para la eliminación de As (III). En
comparación con la AA, hubo una mejora significativa en la
capacidad de adsorción.
La adsorción fue fuertemente dependiente del pH inicial y de la
concentración inicial de As (III). La adsorción máxima (96,7%) se
logró a pH 12.
El proceso de adsorción siguió una cinética de psudo primer
orden a las concentraciones bajas de As (III) (hasta 2.1 mg/L). A
una concentración más alta de As (III), siguió una cinética de tasa
de pseudo segundo orden.
Los datos experimentales satisfacen satisfactoriamente las
isotermas de Langmuir y Freundlich.
La forma de la curva de avance obtenida fue fuertemente
dependiente del caudal y la altura del lecho del adsorbente.
CONCLUSIONES
Las siguientes
conclusiones
fueron
extraídas del
presente
estudio:

32. Los parámetros obtenidos de este estudio
pueden usarse:
 Establecer el tiempo requerido para que
ocurra la adsorción.
 Establecer la solución adicional requerida
por unidad de área transversal del
adsorbente en el lecho.

33. REFERENCIAS

34. Shugi K., T. S. (2004). Adsorción de As (III) en solución acuosa sobre
alúmina activada impregnada de óxido de hierro. Water Quality
Research Journal de Canada, 258–266.
Chakravorty S, Dureja V, Bhattacharya G, Maity S, Bhattacharjee S.
2002. Eliminación de arsénico del agua subterránea utilizando mineral
de manganeso ferruginoso de bajo costo, 625–632.
REFERENCIAS

35. ¡GRACIAS POR SU
ATENCIÓN!