Se estudió la adsorción del colorante Azul 86 en una columna empacada con pellets de un compósito de carbón-alúmina.

1. Universidad de Sonora
Departamento de Ingeniería Química y Metalurgia
Curso: Operaciones Unitarias II
Nombre del Profesor: Marco Antonio Núñez Esquer
Nombre del estudiante: Acuña Saavedra María Jesús
Exposición Semestral
Semestre 2019-1
25 de Abril de 2019

2. Nombre del Artículo:
“Estudio del tinte textil directo
azul 86 en una columna de
lecho fijo mediante el uso de
un adsorbente compuesto”
Autores: Monal Dutta, Jayanta
Kumar Basu, Md Hassan Faraz,
Nitin Gautam and Adarsh Kumar.
Indian Institute of Technology,
Kharagpur, India.
Archives of Applied Science
Research
Scholars Research Library
Año: 2012
Páginas: 882-891

3. ÍNDICE
1. Introducción
2. Materiales y Métodos
3. Resultados y
Discusiones
4. Conclusión

4. 1. INTRODUCCIÓN

5. ● La introducción de compuestos utilizados como colorantes en cuerpos de
agua, causa un grave desequilibrio en el ambiente acuático. Estas sustancias
coloreadas se originan principalmente en industrias textiles, de cuero, de
papel, alimentos y cosmética.
● El colorante Direct Blue 86 (DB 86) es un colorante aniónico que se utiliza para
diferentes fines, como el teñido de fibras celulósicas.
● El agua residual que contiene colorantes no se puede tratar fácilmente, ya que
éstos son químicamente muy estables.

6. ● Se encuentran disponibles diversas tecnologías de eliminación, pero la
adsorción por carbón activado tiene una mayor facilidad de procesamiento y
capacidad de adsorción de una gran cantidad de adsorbatos.
● El carbón activado comercial se usa ampliamente para eliminar varios
adsorbatos, pero su alto costo limita su uso generalizado. En la presente
investigación, se desarrolló un carbón activado a partir de la madera de
desecho de Acacia Auriculiformis para la eliminación del tinte textil DB 86.

7. ● Generalmente, en el estudio de adsorción por lotes, el adsorbente se usa en
forma de polvo, lo que tiene gran desventaja de la separación después de ser
utilizado. Para superar esta dificultad, el carbono se utilizó en su forma
peletilizada.
● También se investigaron los efectos de diferentes parámetros del proceso,
como la velocidad de flujo, altura del lecho y la concentración del tinte de
entrada.
● El comportamiento de avance de la adsorción se analizó utilizando el modelo
de Yoon-Nelson, Clark y Bohart Adams.

8. 2. MATERIALES Y MÉTODOS

9. ● Materias primas:
La madera de desecho de Acacia
Auriculiformis seleccionada para este
trabajo se recolectó en un aserradero
local. El ácido clorhídrico y el
amoníaco se obtuvieron de Merck
Specialties Private Limited, Mumbai
India.
● Preparación del carbón
activado:
El carbón se preparó mediante
carbonización de la madera de
desecho de Acacia Auriculiformis en
una atmósfera inerte. Al carbón que
se obtuvo se le denominó C750N. El
C750N se activó aún más en un
microondas doméstico y después de
tratarlo se denominó AC750NMW5.

10. ● Preparación del adsorbente
compuesto:
El carbón activado AC750NMW5 y el
polvo de alúmina comercial se
mezclaron completamente con PVA
en una relación en peso de 2:2:1.5.
Los pellets preparados se
denominaron pellets compuestos de
carbono-alúmina (CACP).
● Caracterización del carbón
activado
El área superficial y el volumen de
poros total del carbón preparado y el
carbón activado se determinaron
utilizando el método de adsorción-
desorción de N2 mediante el uso de
BET y Autosorb-1, Quantacrome.

11. ● Estudio de equilibrio y cinética
del DB-86:
La capacidad de adsorción de
monocapa del carbón preparado para
DB-86 se determinó mediante el
estudio de equilibrio. La capacidad de
adsorción de equilibrio se calculó a
partir de la relación:
● Configuración experimental:
La columna de lecho fijo estaba
hecha de tubo de vidrio Pyrex de 1.3
cm de diámetro interno y 17 cm de
altura. La columna de empaquetó con
CACP.
Se produjo la altura de lecho
deseada. Se dejó fluir a través de la
columna una solución de colorante de
concentraciones conocidas (50, 100,
200 mg/l) a pH 1.5 a una velocidad de
flujo deseada.

12. ● Análisis de datos de la columna
de lecho fijo:
Las características de adsorción
dinámica en una columna de lecho
fijo se estudiaron mediante el análisis
de la forma de las curvas de avance
experimentales.
El volumen de efluente se puede
calcular como:
La cantidad total de colorante
absorbido qtotal para una altura de
lecho, concentración de alimentación
y velocidad de flujo determinadas se
puede calcular como:

13. Además, la captación de equilibrio qeq
o la capacidad máxima de la columna
se puede calcular como:
Dónde w es la cantidad de
adsorbente.
● Análisis de los datos:
Los datos experimentales se
analizaron utilizando el software de
computadora Origin Pro (versión 8).
La bondad de ajuste se midió a través
del coeficiente de regresión (R2).

14. 3. RESULTADOS Y DISCUSIONES

15. Caracterización de los adsorbentes preparados
El área superficial BET (SBET), el volumen total de poros (Vtot) y el tamaño de poro
promedio de C750N y AC750NMW5 se determinaron a partir de los datos de
adsorción física de N2 a 77 K. Los valores se muestran en la Tabla 1.
Se puede ver en la tabla que el Adsorbente AC750NMW5 tiene mayor área
superficial y mayor volumen de poros.
Tabla 1. Comparación de las propiedades superficiales de C750N y AC750NMW5

16. Estudios de equilibrio de DB-86 con AC750NMW5
Para investigar las características de adsorción, los datos experimentales se
ajustaron a las isotermas de Freundlich, Langmuir, Tempkin and Harkins-Jura y la
gráfica de equilibrio correspondiente se muestra en al figura 1.
Figura 1. Isoterma de Equilibrio para DB-86
Los datos experimentales
ajustados al modelo de
Langmuir y la capacidad de
adsorción de la monocapa fue
de 500.16 mg/g.

17. Los valores de los parámetros de diferentes isotermas se muestran en la Tabla 2.
Tabla 2. Parámetros de los modelos de equilibrio

18. Estudio del lecho fijo
● Efecto de la concentración inicial
del tinte
El efecto de la concentración inicial se
muestra en la Figura 2. La fuerza motriz
para la transferencia de masa se
incrementó con el aumento de la
concentración del tinte de entrada, que
a su vez aumentó la capacidad de
adsorción. Figura 2. Curvas de avance para la adsorción
de DB 86 a diferentes concentraciones
iniciales (Altura de lecho= 7.62 cm, caudal= 12
mL/min, temperatura= )

19. Estudio del lecho fijo
● Efecto del Caudal de la solución
El flujo de adsorbato tuvo un efecto
significativo sobre la adsorción de
DB-86 en la columna de lecho fijo.
Éste efecto se muestra en la figura 3.
La capacidad de adsorción disminuye
con el aumento del caudal debido al
menor tiempo de residencia de la
molécula de la molécula de adsorbato
con la columna de lecho fijo.
Figura 3. Curvas de avance para la adsorción
de DB 86 a diferentes caudales
(Concentración de entrada de DB 86= 100
mg/L, Altura de lecho= 7.62 cm,
temperatura= )

20. Estudio del lecho fijo
● Efecto de la altura del lecho de
carbón activado
El efecto de la altura se muestra en la
Figura 4.
En el aumento en la altura del lecho,
el adsorbato tiene más tiempo para
contactar con el carbón activado, lo
que a su vez resulta en una mayor
capacidad de eliminación y una
menor concentración de soluto en el
efluente.
Figura 4. Curvas de avance para la adsorción
de DB 86 en preparado BGAC a diferentes
alturas de lecho (Concentración de entrada de
DB 86= 100 mg/L, Caudal= 12 mL/min,
temperatura= )

21. Modelo de Bohart-Adams
El modelo de Bohart-Adams se usa
ampliamente para diseñar columnas
de lecho fijo. El modelo se basa en la
teoría de la reacción de la superficie
y, según este modelo, la tasa de
adsorción es proporcional a la
fracción de la capacidad de adsorción
que aún permanece en la superficie
del adsorbente. El modelo describe
una relación fundamental mediante:
En forma Lineal Figura 5. Gráfica de Bohart-Adams a
diferentes curvas de avance de adsorción

22. Modelo de Bohart-Adams
Los valores de N0 y KAB que pueden utilizarse para el diseño de la columna se
muestran en la tabla 3.
Tabla 3. Constantes del modelo Bohart-Adams para el estudio de
columna de lecho fijo
Tabla 4. Constantes del modelo Bohart-Adams para el tiempo de ruptura
predicho para una nueva concentración de alimentación Punto de ruptura(%)

23. Modelo Yoon-Nelson and Clark
Este modelo se basa en el supuesto de que la tasa de disminución de la
probabilidad de adsorción para cada molécula de adsorbato es proporcional a la
probabilidad de adsorción de adsorbato y la probabilidad de avance del adsorbato
en el adsorbente. La forma linealizada del modelo de Yoon-Nelson para un
sistema de un solo componente se expresa:
Tabla 6. Parámetros de Yoon-Nelson bajo diferentes condiciones experimentales

24. Modelo Clark
El modelo Clark introduce un nuevo procedimiento para simular las curvas de
avance mediante el uso de la constante de isoterma de Freundlich. La forma
linealizada de este modelo se puede representar como:
Tabla 7. Modelo de Clark bajo diferentes condiciones experimentales

25. 4. CONCLUSIÓN

26. ● La adsorción del tinte textil típico azul directo 86 se estudió a través de una
columna de lecho fijo.
● Se desarrolló un adsorbente compuesto de carbono-alúmina para este
propósito.
● El carbón activado se desarrolló mediante activación por microondas.
● La capacidad de adsorción en monocapa según la isoterma de Langmuir se
encontró que era 500.16 mg/g.
● Las características de adsorción dinámica para la adsorción de DB 86 se
investigaron utilizando una columna de lecho fijo.

27. ● También se investigaron los efectos de diversos parámetros como la
concentración inicial de tinte, la velocidad de flujo del adsorbato y la altura del
lecho adsorbente en la curva de avance.
● Se encontró que la capacidad máxima de lecho era de 142. 67 mg/l.
● Los datos de curvas de avance experimental se ajustaron al modelo de
Bohart-Adams, Yoon-Nelson y Clark.
● Se observó en el modelo de Bohart-Adams que, con un aumento en el
porcentaje de avance, los valores de N0 aumentaron de 65.02 a 142.67 mg/l
respectivamente.

28. ¡Gracias por su
atención!