Este documento presenta un estudio sobre la eliminación del colorante reactivo rojo 2 (RR2) de soluciones acuosas usando zeolita polimérica conductora modificada (ZPC) como adsorbente en una columna de lecho empacado. Los resultados mostraron que la ZPC-10 tuvo la mayor capacidad de eliminación de RR2. Las curvas de avance se analizaron usando modelos como el logístico de 3 parámetros y el modelo de Thomas. Los resultados indicaron que bajos caudales, bajas concentraciones iniciales y

1. Alumna: Zavala Moreno Carmen Daniela
Profesor: Marco Antonio Núñez Esquer
Operaciones Unitarias II
Semestre 2019-1
Hermosillo, Son. A Jueves 28 de

2. Jacob Ochieng Kittinya, Maurice Stephen Onyango, and Aoyi Ochieng
Universidad de Tecnología de Tshwane
Conf. Internacional sobre ingeniería química y tecnologías computacionales
avanzadas (ICCEACT’2014) 24-25 de noviembre de 2014, Pretoria (Sudáfrica)

3. Introducción
Materiales y método
Resultados y discusiones
Conclusión
3

4. 4

5. INTRODUCCI
ÓN
 La industria textil consume grandes
cantidades de agua, colorantes y aditivos
químicos dentro de su teñido de telas y
operaciones finales.
 Muchos de estos químicos no son totalmente
consumidos y como tal terminan en las
corrientes de efluentes.
 Los colorantes residuales encontrados en
estas corrientes de descarga son no
biodegradables y tóxicos a la naturaleza.
 Adsorción es considerado como la más
efectiva debido a su sencillez, facilidad de
operación y habilidad de remover
contaminantes a niveles muy bajos de
concentración en corrientes de efluentes.
5

6. INTRODUCCI
ÓN
 La mayoría de los adsorbentes comunes son
ya sea caros o tienen baja capacidad de
eliminar el colorante RR2.
 Este estudio busca utilizar zeolita natural, un
material que está accesible en grandes
depósitos de Sudáfrica y es relativamente
barato.
 La zeolita natural exhibe baja afinación por
materia orgánica y aniónica y tiene que ser
modificada en orden para mejorar su
capacidad de eliminar materia orgánica.
6

7. INTRODUCCI
ÓN
 Recientes estudios han mostrado esta
modificación superficial de la zeolita usando
ciertos surfactantes orgánicos para mejorar la
capacidad de eliminación de contaminantes
orgánicos y aniónicos.
 Nanofibras de Polypyrrole-polyaniline (PPy-
PANI) se utilizaron para eliminar colorante
rojo congo desde solución acuosa
 Polyaniline-clinoptilolite se utilizó en la
eliminación de naranja de metilo de solución
acuosa.
7

8. INTRODUCCI
ÓN
 El principal objetivo de este estudio es a
evaluar la activación de zeolita polimérica
conductora modificada como adsorbente para
eliminar RR2 en una columna de lecho
empacado.
 La zeolita polimérica ha sido probada
exitosamente en la eliminación de colorantes
aniónicos desde soluciones acuosas, su uso
como nanoadsorbentes para eliminar el
colorante RR2 no ha sido probado todavía.
8

9. 9

10. MATERIAL
ES
 Clinoptilolita natural se adquirió de Pratley
industries Ltd, Durban Sudáfrica.
 Anilina (99.5% ACS reactivo),
 Persulfato de amonio (APS) adquirido de Sigma
Aldrich, Sudáfrica.
 Ácido clorhídrico 32% (w/v) adquirido de Merck,
Sudáfrica.
 Entre otros reactivos químicos usados en el grado
analítico.
 La zeolita-polianilina nanocompuesta (ZPC)
estaba sintetizada a través de una polimerización
química oxidativa in situ
10

11. 11
10 ml de anilina y 10 ml
de HCl (32% v/w) se
agregados a 120 ml de
agua desionizada
contenida en un vaso de
precipitado de 400 ml.
La mezcla es agitada 5
minutos para permitir la
disolución de la anilina,
después se agregaron
10.22 gr de clinoptilolita a
la solución.
Una solución acuosa (80
ml) que contenía una dada
cantidad de APS, se añadió
gota a gota la solución de
zeolita/anilina mientras se
agitaba durante 24 hr.
El precipitado verde
oscuro obtenido se
filtró con papel filtro
Whatman No. 42
usando agua
desionizada y
acetona/metanol
secuencialmente
para remover el
exceso de
monómeros de
anilina y oligómeros.
El residuo en el filtro se
secó al vacío a 60°C
durante 3 hr.
El nanocompuesto obtenido
se designa como ZPC-1,
ZPC-2, ZPC-5 y ZPC-10
Se mantuvo una relación
molar de APS a anilina de
1.25 con una cantidad fija
de zeolita (10.22gr)

12. MÉTODO
 La solución acuosa de colorante (RR2)
se introdujo en la columna en modo de
flujo ascendente utilizando una bomba
peristáltica Cole Palmer MasterFlex L /
S Digital Economy.
 La velocidad de flujo se midió
periódicamente recolectando 50 ml del
efluente tratado y registrando el tiempo
tomado para el volumen dado.
 La solución saliente en la parte superior
de la columna se recolectó a intervalos
de tiempo predeterminados y luego
analizados para determinar su
concentración de tinte usando un
espectrofotómetro (WTW PhotoLab
6100 VIS) a una longitud de onda de
538 nm
12

13. 𝒒 𝒃 =
𝑪 𝟎
𝒎
𝟎
𝒗 𝒃
𝟏 −
𝑪 𝒕
𝑪 𝟎
𝒅𝒗
13
Los datos obtenidos se generaron en una curva de avance
(BTC). La capacidad del lecho en el punto de avance qb se
determinó a partir de la expresión.
 qb: capacidad del lecho en el punto de avance (mg/g)
 m: carga del lecho (g)
 C0: es la concentración inicial (mg/l)
 Ct: es la concentración en la corriente de salida a
cualquier tiempo (mg/l)
 Vb: es el volumen procesado en el punto de avance (l).

14. 14
El número de volumen de lecho
(BV) se calculó con la
correlación:
𝐵𝑉 =
𝑉𝑏
𝑉𝑎𝑑𝑠
 Vb: es el volumen
procesado en el punto de
avance (l).
 Vads: es el volumen
adsorbido (m^3)
Parámetro

15. 15

16.  Los estudios de optimización realizados con las diferentes variantes
de ZPC (datos no mostrados) revelaron que ZPC-10 tenía la mayor
capacidad de eliminación para el tinte RR2.
 Los datos de equilibrio se describieron mejor mediante la isoterma
de Langmuir con los siguientes parámetros de isoterma
correspondientes:
Constante de adsorción de Langmuir 𝐾𝐿 = 0.196
𝑙
𝑚𝑔
Capacidad de adsorción máxima 𝑞 𝑚 = 68.8
𝑚𝑔
𝑔
 En los estudios de cinética por lotes, los datos de captación
fraccional de tinte se usaron para estimar la difusividad efectiva
(De).
 Los valores para De estaban en el rango de 2.9 − 16𝑥10−9 𝑐𝑚2
𝑠, lo
que indica un proceso interno controlado por difusión.
16
EFECTO DE LAS VARIABLES DE
PROCESO EN CURVAS DE
AVANCE

17. 17
Fig.1 Efecto de la carga de lecho en curva de
avance para la adsorción del colorante RR2 de
solución acuosa sobre ZPC-10
Fig.2 Efecto del caudal en curva de avance para
la adsorción del colorante RR2 de solución acuosa
sobre ZPC-10

18. 18
Fig.3 Efecto de la concentración inicial en curva
de avance para la adsorción del colorante RR2 de
solución acuosa sobre ZPC-10
Fig.4 Efecto del diámetro de la columna en curva
de avance para la adsorción del colorante RR2 de
solución acuosa sobre ZPC-10

19.  Las curvas de avance experimentales se analizaron utilizando un
modelo empírico (modelo logístico de 3 parámetros) y modelo de
reacción de superficie: modelo de Thomas.
 Los tres parámetros logísticos (3PL) también conocidos como la
función Hill generan una curva en forma de S con el parámetro
 t siendo el tiempo de residencia de la columna,
 a es la concentración del influyente,
 k es el valor del tiempo t cuando la concentración del efluente
es la mitad la concentración del influyente, y
 n el coeficiente de Hill, determina qué tan pronunciada es la
pendiente de la curva de avance en k.
 La función de Hill es basada en un tipo de isoterma Langmuir
19
ANÁLISIS DE LAS CURVAS DE
AVANCE
𝑪 𝒕 =
𝒃𝒕 𝒏
𝒌 𝒏 + 𝒕 𝒏

20.  El modelo Thomas asume un comportamiento de flujo de tapón y
descuida las resistencias de transferencia de masa en una
columna de lecho fijo. Este modelo asume que el adsorbato se
adsorbe directamente sobre la superficie de la partícula a través
de la cinética de Langmuir.
Q es el caudal (mg/l)
M es la masa del adsorbente (g)
Vt es el volumen del efluente tratado (ml)
Qo es la concentración máxima de adsorbato en fase sólida por gramo de
sorbente (mg/g)
kTh es la constante de velocidad de Thomas (ml/mg-min).
20
ANÁLISIS DE LAS CURVAS DE
AVANCE
𝐶0
𝐶𝑡
=
1
1 + 𝑒𝑥𝑝[(𝑘 𝑇ℎ/𝑄)(𝑄0 𝑀 − 𝐶0 𝑉1)]

21. 21
Fig.5 Comparación del modelo de parámetro
logístico derivado de la curva de avance
experimental y teórico para el efecto del caudal
Fig.6 Comparación de la curva de avance
experimental y teórica derivada del modelo de
Thomas para el efecto del caudal

22. 22

23. CONCLUSI
ÓN
 Los indicadores de rendimiento del lecho mostraron
que se procesan más volúmenes de lecho a
 Menor caudal,
 Menor concentración inicial
 Mayor carga del lecho.
 En este sistema de adsorción, donde la difusión
intraparticular es el paso limitante de la velocidad, el
uso de bajos caudales puede mejorar
significativamente la eficiencia del rendimiento de la
columna.
23

24. GRACIAS POR
SU ATENCIÓN