Presentación TF junio 25 de 2021 versión 2.pptx

ADSORCIÓN DE TARTRAZINA EN LECHO FIJO EMPLEANDO
COMPÓSITOS ORGANOARCILLA-ALGINATO
Trabajo Final de Maestría en Ingeniería - Ingeniería Ambiental
Daniela Rivera Arenas
Ingeniera Química
Directora
Nancy Rocío Sanabria González
Co-Directora
María Teresa Dávila Arias
Junio 25 de 2021

2
Contenido
1
2
3
4
5
6
Justificación
Objetivos
7
Introducción
Metodología
Resultados
Conclusiones
Referencias
• Colorantes
• Métodos para remoción
• Encapsulación
• Curva de ruptura
• General
• Específicos
• Caracterización adsorbente
• Ensayos en lecho fijo
• Desorción y reutilización
• Muestra de ARnD
• Contaminación
• Adsorción
• Síntesis organoarcilla
• Elaboración compósitos
• Ensayos lecho fijo

Tomado de https://www.eii.uva.es/organica/qoi/tema-11.php
Tomada de https://encolombia.com/
economia/agroindustria/industria-textil/
Tomada de https://unperiodico.unal.edu.co/pages/
detail/novedoso-metodo-identifica-el-tipo-de-colorantes-que-
contaminan-los-rios/
3
Introducción - Justificación
Colorantes
Compuestos orgánicos
que imparten color a un
sustrato
Origen
Existen
Descargas
Producción
Industrias
Azoicos
• Textiles
• Alimentos
• Papel
• Curtido de cuero
• Plásticos
• Cosméticos
Más de 1x105 tipos de
colorantes comerciales
60-70% de los colorantes son azoicos
(-N=N-)
 7x105 ton/año
Aprox. 100 ton/año de
colorantes se descargan en las
corrientes de agua
Tomada de https://decorbaraka.es/les-colorants-
synthetiques/
Tomado de http://revistacrossover.com/
mercado-de-productos-quimicos-de-produccion-y-entrega-de-
yacimientos-petroliferos-2021-volumen-de-produccion/
Belhouchat, N.; Zaghouane-Boudiaf, H. and Viseras, C. Removal of anionic and cationic dyes from aqueous solution with activated organo-bentonite/sodium alginate encapsulated beads. Appl. Clay Sci., 2017. 135: p. 9-15.
Zhou, Y.; Lu, J.; Zhou, Y. and Liu, Y. Recent advances for dyes removal using novel adsorbents: A review. Environ Pollut., 2019. 252: p. 352-365
Tomada de https://www.vesarg.com/
aplicaciones/8/industria_alimentaria
Tomada de https://www.expoknews.com/
industria-del-plastico-en-crisis-por-contaminacion
N
N
N
N
OH
O
–
O
S
O
O
O
–
S
O
O
O
–
Na
+
Na
+
Na
+

Río Santiago (México)
700 empresas
Publicación de Cambio16, Salvar el rio mas contaminado Provincia
de Java, Indonesia (Julio 09 de 2019) Publicación de La nación, rio Jian,
Luoyang, norte de China (Junio 04 de 2018)
Publicación de Infobae, en el pueblo de Xinmeizhou,
provincia de Zhejiang, China (Julio 26 de 2014)
4
Contaminación por colorantes
China, 70% de los ríos, lagos y embalses
están contaminados con colorantes
Río Citarum (Indonesia)
2000 instalaciones industriales
Publicación de ANSA Latina, el río mas
contaminado de México, Jalisco (Julio 09 de 2019)

Publicación de El Tiempo, Quebrada Manizales (Febrero 05 de 2020)
Publicación de El tiempo, Quebrada Olivares en Manizales que
amaneció teñida de rojo (Febrero 05 de 2019)
5
Publicación de La Patria, Quebrada Manizales (Octubre 05 de 2013)
Quebrada Manizales (Manizales)
≈ 40 empresas vierten sus ARnD
Contaminación por colorantes

6
Remoción de colorantes
Resolución 0631 de 2015  Ministerio de
Ambiente y Desarrollo Sostenible
Color real  reporte aλ= 436, 525 y 620 nm
Tóxicos
Persistentes en el
medio ambiente
Estructuras
complejas - estables
No
biodegradables
01
02
03
04
¿Por que
remover los
colorantes?
Métodos
Remoción
(%)
Tiempo
(min)
Co
(mg/L)
Tratamientos físicos
Adsorción 90-98 5-15 20-250
Filtración por membranas > 95 180 100-800
Tratamientos químicos
Ozonización 98-100 < 15 86-2000
Electrocoagulación 90 < 120 100-500
Fenton/UV 100 < 20 40-500
Coagulación/Floculación 53-100 < 120 40-4000
Fotocatalíticos 90-100 < 120
Tratamientos biológicos
Tratamientos anaerobios 80-100 2880-83520 25-56
Tratamientos aerobios 95 7200 200-900
Reactores de flujo
ascendente
> 98 960 100
Zhou, Y.; Lu, J.; Zhou, Y. and Liu, Y. Recent advances for dyes removal using novel adsorbents: A review. Environ Pollut., 2019. 252: p. 352-365.
Barrios-Ziolo, L.F.; Gaviria-Restrepo, L.F. and Agudelo, E.A. Tecnologías para la remoción de colorantes y pigmentos presentes en aguas residuales. Una revisión. Dyna, 2015. 82(191): p. 118-126.
C
H3
OH
O
H
OH
OH
O
H
OH

 Reforzamiento del material
 Recuperación del medio acuoso
 No modifica la estructura de la
organoarcilla
 Bajo costo
 Biodegradables
Compósitos organoarcilla/alginato
7
Encapsulación
 Sintetizadas mediante intercalación
de cationes orgánicos de gran tamaño
 Aumento del espaciado basal
 Adsorbentes selectivos compuestos
aniónicos (carga negativa)
Organoarcillas
 Operación sencilla
 Bajo costo
 Alta remoción
 Tiempos cortos de adsorción
 Posibilidad de regeneración del adsorbente
 Utilización de adsorbentes de bajo costo
Adsorción
 Biopolímero: algas pardas
 Forma hidrogeles
 Biocompatibilidad
 Biodegradabilidad
 Disponibilidad a gran escala
 Económico
 No tóxico
 Regeneración
Alginato de sodio
Espacio
interlaminar
Espaciado
basal
Belhouchat, N.; Zaghouane-Boudiaf, H. and Viseras, C. Removal of anionic and cationic dyes from aqueous solution with activated organo-bentonite/sodium alginate encapsulated beads. Appl. Clay Sci., 2017. 135: p. 9-15.
Zhou, Y.; Lu, J.; Zhou, Y. and Liu, Y. Recent advances for dyes removal using novel adsorbents: A review. Environ Pollut., 2019. 252: p. 352-365

8
Batch
Continuo
(columna de
lecho fijo)
Mayor uso a nivel industrial
Adsorción dinámica
Capacidad para tratar
grandes volúmenes
Estudios a nivel de laboratorio
Adsorción  Equilibrio
Limita el volumen de
solución a tratar
Adsorción
Se puede realizar
Adsorción

1.0
0.1
𝑪𝒕
𝑪𝟎
Tiempo de contacto
0.5
9
Curva de ruptura – Lecho fijo
Mohammed, N.; Grishkewich, N.; Waeijen, H.A.; Berry, R.M. and Tam, K.C. Continuous flow adsorption of methylene blue by cellulose nanocrystal-alginate hydrogel beads in fixed bed columns. Carbohydr. Polym.,
2016. 136: p. 1194-1202.
Punto de ruptura
(10% de 𝑪𝟎)
Punto de agotamiento
(95% de 𝑪𝟎)
C= 𝟎. 𝟏𝑪𝟎
𝐶0
C= 𝟎. 𝟓𝑪𝟎
𝐶0
C= 𝑪𝒔 ≈ 𝑪𝟎
𝐶0
Zona
saturada
Adsorción > 90%
𝐶0
C=0
Zona
saturada
C≈0
𝐶0
Zona
saturada
ZTM
Adsorción > 90%

10
Objetivos
Evaluar la remoción del
colorante tartrazina en
solución acuosa
empleando como
adsorbente compósitos
de organoarcilla/alginato
en una columna de lecho
fijo
1
Realizar la síntesis y caracterización fisicoquímica del
compósito organoarcilla/alginato.
Analizar el efecto de las variables del proceso de adsorción de
tartrazina en solución acuosa (pH, concentración inicial de
colorante, altura del lecho y caudal de entrada) empleando
una columna empacada con compósitos
organoarcilla/alginato.
Evaluar la remoción de tartrazina en una muestra de agua residual
industrial en la columna empacada con el compósito
organoarcilla/alginato.
2
3

11
Metodología
Síntesis de la organoarcilla
Ca+2
Mg+2
K+
Separación - Bent
Suspensión: NaCl 0.5 M
Tiempo de agitación = 24 h
Secado a 60 °C
Homoionización
con NaCl
Na+
Bent-Na
Síntesis con HDTMA
Suspensión:
Bent-Na y HDTMA-Br
1.5 veces la CIC
Tiempo de agitación = 24 h
Secado a 60 °C
OBent
Bent bruta
Gammoudi, S.; Frini-Srasra, N. and Srasra, E. Influence of exchangeable cation of smectite on HDTMA adsorption: Equilibrium, kinetic and thermodynamic studies. Appl Clay Sci.,

12
Metodología
Elaboración de los compósitos organoarcilla/alginato
Solución de alginato
de sodio al 1 % (p/v)
Agitación = 200 rpm
Tiempo = 1 h
Alginato de sodio
1 % (p/v) y OBent
Agitación = 200 rpm
Tiempo = 4 h
OBent
Solución de CaCl2
4 % (p/v)
Tiempo = 15 min
Alginato de sodio
Lezehari, M.; Basly, J.-P.; Baudu, M. and Bouras, O. Alginate encapsulated pillared clays: Removal of a neutral/anionic biocide (pentachlorophenol) and a cationic dye

13
Metodología
Evaluación de parámetros de adsorción en batch
Ensayos preliminares
Ensayo
s
Organoarcilla en el
compósito
(% en masa)
pH
1-6 0 (blanco), 2, 4, 6, 8 y 10 6
7-11 Selección % masa OBent
4, 5, 6, 7 y
8
[Tartrazina] = 30 mg/L
Volumen = 50 mL
T = 20 °C, Presión atmosférica
𝐑𝐞𝐦𝐨𝐜𝐢ó𝐧 (%) =
𝐶𝑜 − 𝐶𝑓
𝐶𝑜
× 100
Espectrofotometría UV-VIS
λmax= 428 nm
Otavo Loaiza, R.A.; Sanabria González, N.R. and Giraldo Gómez, G.I. Tartrazine removal from aqueous solution by HDTMA-Br-modified Colombian bentonite. Sci. World J., 2019

14
Metodología
Evaluación de parámetros de adsorción en lecho fijo
𝒑𝑯
𝒉𝒍𝒆𝒄𝒉𝒐
(cm)
𝑸
(mL/min)
C𝒐
(mg/mL)
4.5 15 1 30
5.0 15 1 30
5.5 15 1 30
4.5 10 1 30
4.5 15 1 30
4.5 20 1 30
4.5 15 1 30
4.5 15 2 30
4.5 15 5 30
4.5 15 1 15
4.5 15 1 30
4.5 15 1 45
Condiciones ambiente (20°C y presión atmosférica)
Malkoc, E.; Nuhoglu, Y. and Dundar, M. Adsorption of chromium(VI) on pomace—An olive oil industry waste: Batch and column studies. J. Hazard. Mater., 2006. 138(1): p.
Condiciones de los ensayos

15
Resultados
Caracterización: Bentonita sódica y Organoarcilla
Fluorescencia de rayos X (FRX)
Capacidad de intercambio
catiónico (Micro Kjeldahl)
66.1 meq/100 g
Capacidad de intercambio
catiónico
Composición química (%)
Material SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO Na2O
Bent-Na 59.24 18.73 7.17 2.70 2.79
Montmorillonita* 57.68±4.47 20.22±2.74 3.17±1.95 1.20±1.25 0.98±1.18
SiO2 (%)
Al
2
O
3
+
Fe
2
O
3
(%)
Bent-Na
Diagrama de relación de SiO2 y (Al2O3 + Fe2O3) para minerales
arcillosos comunes. Tomado de Sivrikaya et al., 2017.
Sivrikaya, O.; Uzal, B. and Ozturk, Y.E. Practical charts to identify the predominant clay mineral based on oxide composition of clayey soils. Appl. Clay Sci., 2017.
Bent-Na: 0.044 g COT/kg
OBent: 62.48 g COT/kg
Análisis de Carbono Orgánico Total

16
Resultados
Caracterización: Bentonita sódica y Organoarcilla
Difracción de rayos X
(DRX)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
d001= 19.33 Å
2 theta (°)
Bent-Na
d001= 14.82 Å
Intensidad
(u.a.)
OBent
Disposición de los cationes de hexadeciltrimetilamonio ubicados en el espacio
interlaminar de las esmectitas: (a) monocapa ≈ 13.7 Å, (b) bicapa ≈ 17.7 Å, (c) capa
pseudo-trimolecular ≈ 21.7 Å, (d) monocapa tipo parafina y (e) bicapa tipo parafina
> 22 Å
Cecilia, J.A.; García‐Sancho, C.; Vilarrasa‐García, E.; Jiménez‐Jiménez, J. and Rodriguez‐Castellón, E. Synthesis, characterization, uses and applications of porous clays heterostructures:
A review. Chem. Rec., 2018. 18(7-8): p. 1085-1104.

17
Resultados
Caracterización: Compósitos organoarcilla/alginato
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
d001 = 19.33 Å
2 theta (°)
OBent
d001 = 19.33 Å
Halo amorfo
(200)
Alg
(110)
Intensidad
(u.a.)
OBent(2%)/Alg
1.9-2.5 2.5-3.1 3.1-3.7 3.7-4.3 4.3-4.9 4.9-5.5
0
10
20
30
40
Número
de
perlas
Tamaño de la perlas de hidrogel (mm)
2%
4%
6%
8%
10%
Blanco
Distribución de tamaño de las
perlas
2% 4% 6% 8% 10%
0%

18
Resultados
Caracterización: Compósitos
Punto de carga cero
(PZC)
3 4 5 6 7 8 9 10
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
pHi
D
pH
PZC =
5.4
pH > PZC
pH < PZC

Tartrazina
Forma aniónica
19
Resultados
Mecanismo de adsorción
19
Compósito
OBent(2%)/Alg
Compósito
Obent(2%)/Alg + Tartrazina
Catión de
hexadeciltrimetilamonio

2%
4%
6%
8%
10%
Blanco
0 1 2 3 4
0
10
20
30
40
50
60
Remoción
(%)
Tiempo de contacto (h)
pH = 4.0
pH = 5.0
pH = 6.0
pH = 7.0
pH = 8.0
20
Resultados
Adsorción tipo batch - Efecto de la concentración de organoarcilla al interior de los compósitos
0 1 2 3 4
0
10
20
30
40
Remoción
(%)
Alg (Blanco)
OBent(2%)/Alg
OBent(4%)/Alg
OBent(6%)/Alg
OBent(8%)/Alg
OBent(10%)/Alg
Otavo Loaiza, R.A.; Sanabria González, N.R. and Giraldo Gómez, G.I. Tartrazine removal from aqueous solution by HDTMA-Br-modified Colombian bentonite. Sci. World J., 2019
↑% Organoarcilla ↓% Remoción
pH = 6
↑pH↓% Remoción
OBent(2%)/Alg
Adsorción tipo batch - Efecto del pH de la solución de tartrazina

21
Resultados
Efecto del pH de la solución de tartrazina
0 100 200 300 400 500
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
C
t
/C
0
Tiempo (min)
pH = 4.5
pH = 5.0
pH = 5.5
• h = 15 cm
• Q = 1.0 mL/min
• C0 = 30 mg/L
Condiciones de operación
Cantidad total de adsorbato retenido en la columna
Tiempo de ruptura: tiempo transcurrido para que la concentración de
tartrazina en el efluente alcance el 10% de la concentración del afluente
Tiempo de agotamiento: tiempo transcurrido para que la concentración de
tartrazina en el efluente alcance el 95% de la concentración del afluente
Volumen del efluente tratado
Capacidad total de adsorción de la columna
Capacidad de adsorción en equilibrio
Cantidad total de adsorbato removido por la columna
𝑽𝒆𝒇 = 𝑄 ∗ 𝑡𝑎𝑔𝑜𝑡
𝒒𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 =
𝑄
1000
𝑡=0
𝑡=𝑡𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝐶𝑎𝑑 𝑑𝑡
𝒒𝒆 =
𝑞𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑚
Concentración del adsorbato que permanece en
solución cuando se alcanza el equilibrio
𝑪𝒆 =
𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 − 𝑞𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑉𝑒𝑓
𝑾𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 =
𝐶𝑜 ∗ 𝑄 ∗ 𝑡𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
1000
𝑹 % =
𝑞𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
× 100
pH
𝒕𝒃 𝒕𝒂𝒈𝒐𝒕 𝑽𝒆𝒇 𝒒𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒒𝒆 𝑪𝒆 𝑾𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝑹
(min) (min) (mL) (mg) (mg/g) (mg/L) (mg) (%)
4.5 88.33 337.91 337.91 4.65 0.46 20.87 11.70 39.72
5.0 78.79 311.95 311.95 4.21 0.42 21.12 10.80 39.00
5.5 68.33 287.91 287.91 3.87 0.38 21.98 10.20 37.96

𝒉 𝒕𝒃 𝒕𝒂𝒈𝒐𝒕 𝑽𝒆𝒇 𝒒𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒒𝒆 𝑪𝒆 𝑾𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝑹
(cm) (min) (min) (mL) (mg) (mg/g) (mg/L) (mg) (%)
10 45.03 274.84 274.84 3.28 0.42 22.99 9.60 34.17
15 88.33 337.91 337.91 4.65 0.46 20.87 11.70 39.72
20 147.50 395.00 395.00 6.34 0.48 18.12 13.50 46.98
22
Resultados
Efecto de la altura del lecho
• pH = 4.5
• Q = 1.0 mL/min
• C0 = 30 mg/L
0 100 200 300 400 500
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
C
t
/C
0
Tiempo (min)
10 cm
15 cm
20 cm

𝑸 𝒕𝒃 𝒕𝒂𝒈𝒐𝒕 𝑽𝒆𝒇 𝒒𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒒𝒆 𝑪𝒆 𝑾𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝑹
(mL/min) (min) (min) (mL) (mg) (mg/g) (mg/L) (mg) (%)
1 88.33 337.91 337.91 4.65 0.46 20.87 11.70 39.72
2 40.00 204.93 409.87 3.86 0.38 27.17 15.00 25.76
5 5.51 125.70 628.49 0.53 0.05 34.96 22.50 2.36
23
Resultados
Efecto del caudal de entrada a la columna
0 100 200 300 400 500
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
C
t
/C
0
Tiempo (min)
1 mL/min
2 mL/min
5 mL/min
• pH = 4.5
• h = 15 cm
• C0 = 30 mg/L

𝑪𝒐 𝒕𝒃 𝒕𝒂𝒈𝒐𝒕 𝑽𝒆𝒇 𝒒𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒒𝒆 𝑪𝒆 𝑾𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝑹
(mg/L) (min) (min) (mL) (mg) (mg/g) (mg/L) (mg) (%)
15 138.48 449.40 449.40 3.48 0.35 10.94 8.40 41.47
30 88.33 337.91 337.91 4.65 0.46 20.87 11.70 39.72
45 69.06 287.91 287.91 5.62 0.56 33.61 15.30 36.74
24
Resultados
Efecto de la concentración inicial de tartrazina
0 100 200 300 400 500 600 700
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
C
t
/C
0
Tiempo (min)
15 mg/L
30 mg/L
45 mg/L
• pH = 4.5
• h = 15 cm
• Q = 1.0 mL/min

25
Resultados
Ajustes no lineales de las curvas de ruptura
Modelo Ecuación Parámetros Mejores resultados
Thomas
𝐶𝑡
𝐶0
=
1
1 + 𝑒𝑥𝑝
𝐾𝑇ℎ𝑞0𝑚
𝑄
− 𝐾𝑇ℎ𝐶0𝑡
𝐾𝑇ℎ es la constante de velocidad de Thomas (mL/mg min)
𝑞0 es la máxima capacidad de adsorción (mg/g)
𝐾𝑇ℎ ↓
𝑞0 ↑
Yoon y Nelson
𝐶𝑡
𝐶0
=
1
1 + 𝑒𝑥𝑝 𝐾𝑌𝑁 𝜏 − 𝑡
𝐾𝑌𝑁 es la constante de proporcionalidad del modelo (min-1)
𝜏 es el tiempo requerido para alcanzar el 50% de la
concentración inicial de adsorbato (min)
𝐾𝑌𝑁 ↓
𝜏 ↑
Adams-Bohart
𝐶𝑡
𝐶0
= 𝑒𝑥𝑝 𝐾𝐴𝐵𝐶0𝑡 − 𝐾𝐴𝐵𝑁0
𝑍
𝑣
𝐾𝐴𝐵 es la constante de velocidad de adsorción (mL/mg
min)
𝑁0 la máxima capacidad de adsorción (mg/L)
𝐾𝐴𝐵 ↓
𝑁0 ↑
Wolborska
𝐶𝑡
𝐶0
= 𝑒𝑥𝑝
𝛽𝐶0𝑡
𝑁0
−
𝛽𝑍
𝑣
𝑁0 es la máxima capacidad de adsorción (mg/L)
𝛽 es el coeficiente cinético de transferencia de masa externa
(min-1)
𝑁0 ↑
𝛽 ↓
Diseño de columnas para adsorción  Comportamiento dinámico del sistema  Longitud:diámetro de la columna
Análisis de las curvas de ruptura  Aplicación del proceso a nivel industrial  Escalado del proceso
Remoción del 50% de adsorbato,
𝑪𝒕
𝑪𝟎
= 0.5
𝑪𝒕 𝑪𝒐 = 𝟎. 𝟓

10 7.891 0.968 0.364 0.967
15
10.09
7
0.875 0.417 0.968
20
13.09
1
0.874 0.456 0.981
(cm)
𝒎𝒍𝒆𝒄𝒉𝒐
(g)
𝑲𝑻𝒉
(mL/mg.mi
n)
𝒒𝟎
(mg/g
)
𝑹𝟐
0 100 200 300 400 500
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
C
t
/C
0
Tiempo (min)
10 cm
15 cm
20 cm
Thomas
Thomas
Thomas
26
Resultados
Ajustes no lineales de las curvas de ruptura - Modelo de Thomas
Crini, G. and Badot, P.-M., Sorption processes and pollution: conventional and non-conventional sorbents for pollutant removal from wastewaters. 2010, Besançon, France, Presses Universitaires de

(cm)
(g)
𝑲𝒀𝑵
(min−1
)
τ
(min)
𝑹𝟐
10 7.891 0.029 95.739 0.967
15
10.09
7
0.026
140.29
3
0.968
20
13.09
1
0.026
198.88
4
0.981
0 100 200 300 400 500
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
C
t
/C
0
Tiempo (min)
10 cm
15 cm
20 cm
Yoon-Nelson
Yoon-Nelson
Yoon-Nelson
27
Resultados
Ajustes no lineales de las curvas de ruptura – Modelo de Yoon y Nelson
Crini, G. and Badot, P.-M., Sorption processes and pollution: conventional and non-conventional sorbents for pollutant removal from wastewaters. 2010, Besançon, France, Presses Universitaires de

0 100 200 300 400 500
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
C
t
/C
0
Tiempo (min)
10 cm
15 cm
20 cm
Adams-Bohart
Adams-Bohart
Adams-Bohart
28
Resultados
Ajustes no lineales de las curvas de ruptura – Modelo de Adams-Bohart
(cm)
(g)
𝑲𝑨𝑩
(mL/mg min)
𝑵𝟎
(mg/L)
𝑹𝟐
10 7.891 0.00142 256.038 0.985
15 10.097 0.00118 257.169 0.966
20 13.091 0.00109 275.014 0.985
Bohart, G. and Adams, E. Some aspects of the behavior of charcoal with respect to chlorine. J. Am. Chem. Soc., 1920. 42(3): p. 523-

0 100 200 300 400 500
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
C
t
/C
0
Tiempo (min)
10 cm
15 cm
20 cm
Wolborska
Wolborska
Wolborska
29
Resultados
Ajustes no lineales de las curvas de ruptura – Modelo de Wolborska
(cm)
(g)
β
(min−1)
𝑵𝟎
(mg/L)
𝑹𝟐
10 7.891 0.363 256.021 0.985
15 10.097 0.304 257.155 0.966
20 13.091 0.299 275.010 0.978

𝒑𝑯
(cm)
𝑸
(mL/min)
𝑪𝟎
(mg/mL)
Modelo de Thomas Modelo de Yoon-Nelson Modelo de Adams-Bohart Modelo de Wolborska
𝑲𝑻𝒉
(mL/mg.min)
𝒒𝟎
(mg/g) 𝑹𝟐
𝑲𝒀𝑵
(min−1)
τ
(min) 𝑹𝟐
𝑲𝑨𝑩
(mL/mg min)
𝑁0
(mg/L) 𝑹𝟐
β
(min−1)
𝑵𝟎
(mg/L) 𝑹𝟐
5.5 15 1 30 1.018 0.348 0.976 0.031 117.043 0.976 0.00190 190.744 0.969 0.363 190.737 0.969
5.0 15 1 30 0.945 0.387 0.972 0.028 130.362 0.972 0.00143 229.389 0.980 0.329 229.389 0.980
4.5 15 1 30 0.875 0.417 0.968 0.026 140.293 0.968 0.00118 257.160 0.966 0.304 257.164 0.966
4.5 10 1 30 0.968 0.364 0.967 0.029 95.739 0.967 0.00142 256.038 0.985 0.363 256.021 0.985
4.5 15 1 30 0.875 0.417 0.968 0.026 140.293 0.968 0.00118 257.160 0.966 0.304 257.155 0.966
4.5 20 1 30 0.874 0.456 0.981 0.026 198.884 0.981 0.00109 275.014 0.985 0.299 275.010 0.978
4.5 15 5 30 1.896 0.316 0.818 0.057 21.306 0.818 0.01790 96.580 1.000 1.729 96.580 1.000
4.5 15 2 30 1.861 0.367 0.957 0.056 61.832 0.957 0.00223 238.720 0.974 0.532 238.720 0.974
4.5 15 1 30 0.875 0.417 0.968 0.026 140.293 0.968 0.00118 257.160 0.966 0.304 257.155 0.966
4.5 15 1 15 1.232 0.327 0.985 0.018 220.275 0.985 0.00162 197.897 0.958 0.321 197.896 0.958
4.5 15 1 30 0.875 0.417 0.968 0.026 140.307 0.968 0.00118 257.169 0.966 0.304 257.154 0.966
4.5 15 1 45 0.755 0.500 0.972 0.034 112.145 0.972 0.00086 323.308 0.972 0.279 323.300 0.972
30
Resultados
Ajustes no lineales de las curvas de ruptura – Todos los modelos

Compósitos originales
Compósitos recuperados de
desorción con:
HCl 0.5
NaOH 0.1
NaOH 0.5
CH3OH
0 1 2 3 4
0
10
20
30
40
50
60
Remoción
(%)
31
Resultados
Desorción del adsorbente - Batch
HCl 0.5 NaOH 0.1 NaOH 0.5
0
20
40
60
80
100
Desorción
(%)
Tipos de eluyentes
CH3OH
pH = 7.2
pH = 13.7
pH = 13.0
pH = 0.3 Cantidad de compósitos = 2 g
V = 50 mL
Velocidad de agitación = 200 rpm
Tiempo de contacto = 2 horas
T = 20 °C, Presión atmosférica
84.42% con CH3OH
76.61% con NaOH al 17.45%
con HCl
↑ pH ↑% Desorción
Remoción inicial = 53.74%
Después de desorción = 47.41% -
32.29%
Conservando del 60 al 88%
↑ % Desorción ↑ % Remoción
Reutilización del adsorbente - Batch

32
Resultados
Reutilización del adsorbente – Columna de lecho fijo
0 100 200 300 400 500
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
C
t
/C
0
Tiempo (min)
Ciclo 0
Ciclo 1
Cicl
o
𝒕𝒃
(min
)
𝒕𝒂𝒈𝒐𝒕
(min)
𝑽𝒆𝒇
(mL)
𝒒𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍
(mg
)
𝒒𝒆
(mg/g
)
𝑪𝒆
(mg/L
)
𝑾𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍
(mg)
𝑹
(%)
0
88.3
3
337.9
1
337.9
1 4.65 0.46 20.87 11.70 39.72
1
41.4
0
252.8
7
252.8
7 3.05 0.30 25.92 9.60 31.73
• pH = 4.5
• h = 15 cm
• Q = 1.0 mL/min
• C0 = 30 mg/L
• T = 20°C y presión atmosférica

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
C
t
/C
0
Tiempo (min)
Muestra de ARnD
33
Resultados
Remoción de tartrazina de una muestra de agua residual no doméstica
300 400 500 600 700
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Absorbancia
Longitud de onda (nm)
Muestra de ARnD
Solución acuosa
de tartrazina, 20 mg/L
428 nm
𝑪𝟎
(mg/L
)
𝒎
(g)
𝒕𝒃
(min)
𝒕𝒂𝒈𝒐𝒕
(min)
𝑽𝒆𝒇
(mL)
𝒒𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍
(mg)
𝒒𝒆
(mg/g
)
𝑪𝒆
(mg/L
)
𝑾𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍
(mg)
𝑹
(%)
2.37 10.10
212.0
4
701.6
5
701.6
5 0.93 0.09 1.58 2.04 45.64
• pH = 4.5
• h = 15 cm
• Q = 1.0 mL/min
• T = 20°C y presión atmosférica
Muestra puntual ARnD
Amarillo N° 5 (tartrazina)
pH = 7.43

34
Conclusiones
 Bent-Na → Organobentonita (OBent) → Compósito OBent/Alginato
Síntesis y caracterización (DRX, PZC, distribución de tamaño)
 ↑ % m/m OBent-compósito ↓ % Remoción → Compósito OBent (2%)/Alginato → Ensayos de adsorción batch
 Curvas de ruptura → diferentes condiciones de operación:
𝒕𝒃 y 𝒒𝒆 ↑ con ↑ 𝒉𝒍𝒆𝒄𝒉𝒐
𝒕𝒃 y 𝒒𝒆 ↓ con ↑ 𝒑𝑯 y 𝑸
𝒕𝒃 ↓ y 𝒒𝒆 ↑ con ↑ 𝑪𝟎
𝒑𝑯 = 4.5, 𝑪𝟎 = 45 mg/L, 𝑸 = 1 mL/min, 𝒉𝒍𝒆𝒄𝒉𝒐 = 20 cm
 La máxima capacidad de adsorción de la columna alcanzada
𝒒𝒆 = 0.56
𝑚𝑔 𝑐𝑜𝑙𝑜𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒
𝑔 𝑐𝑜𝑚𝑝ó𝑠𝑖𝑡𝑜
×
1 𝑔 𝑐𝑜𝑚𝑝ó𝑠𝑖𝑡𝑜
0.05 𝑔 𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑜𝑏𝑒𝑛𝑡𝑖𝑡𝑎
= 𝟏𝟏. 𝟐
𝒎𝒈
𝒈
𝒒𝒆, 𝒑𝒐𝒍𝒗𝒐 𝑶𝑩𝒆𝒏𝒕 = 𝟑𝟗. 𝟔𝟎
𝑚𝑔 𝑐𝑜𝑙𝑜𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒
𝑔 𝑐𝑜𝑚𝑝ó𝑠𝑖𝑡𝑜
28.28% de la capacidad
de adsorción de la fase
activa en polvo

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
C
t
/C
0
Tiempo (min)
Muestra de ARnD
35
Conclusiones
 Curvas de ruptura → Ajuste no lineal a los modelos
Yoon-Nelson y Thomas
Wolborska y Adams-Bohart 𝑹𝟐
= 0.958 - 1.000
𝑹𝟐
> 0.957
𝑹𝟐
= 0.818, 𝑸 = 5 mL/min
Remoción
>
50%
Remoción
>
99.8%
 La encapsulación de OBent en la matriz de alginato de sodio permitió la obtención de compósitos que pueden ser utilizados
como material adsorbente para la remoción de colorantes aniónicos.
 Los compósitos de OBent/Alginato preservaron las características de la organobentonita, sin embargo, se encontró una
disminución en 𝒒𝒆 → Asociada a limitaciones difusionales
 OBent(2%)/Alg saturados → Desorción (84.42%)
Conserva el 88.22% de la capacidad inicial → Reutilizar adsorbente
 Muestra de ARnD → Remoción del colorante de 45.64%
Interferencias: azúcar, gelatina, ácido cítrico, citrato de sodio,
benzoato de sodio, sucralosa y acesulfame K
Remoción
45.64%

36
Recomendaciones
Evaluar otros colorantes
Establecer condiciones
óptimas
Reducción de limitaciones
difusionales
Análisis de costos y
escalado del proceso
Rojo allura Azul de
metileno

Convocatoria Fecha Titulo
Mención de reconocimiento por
Bentofiltro
III Congreso Internacional de
Ciencias Básicas e Ingeniería
CICI-2020 Unillanos
11, 12 y 13 de Agosto
de 2020
Adsorción de tartrazina
empleando compósitos
organoarcilla-alginato
37
Productividad
Innóvate CHEC 2019
Junio-Diciembre de
2019
Arcillas colombianas para el
tratamiento de aguas
contaminadas en sectores
rurales y urbanos
Manizales cómo vamos
Agosto-Noviembre de
2019
Bentofiltro
Presentación final en el programa Innóvate CHEC
76 iniciativas → Entre los 7 finalistas
Finalistas → $ 800.000 → Prototipo

38
Referencias
1. Macías Quiroga, I.F.; Giraldo Gómez, G.I. and Sanabria González, N.R. Characterization of Colombian clay and its potential use as
adsorbent.Sci. World J., 2018. ID 5969178: p. 11.
2. Sivrikaya, O.; Uzal, B. and Ozturk, Y.E. Practical charts to identify the predominant clay mineral based on oxide composition of clayey
soils. Appl. Clay Sci., 2017. 135: p. 532-537.
3. Camacho-Gómez, J.A. and Celada-Arango, C.M., Definición de zonas potenciales para esmectitas en los departamentos del Valle del
Cauca, Tolima y Caldas, in Instituto Colombiano de Geología Minería - Ingeominas, Ministerio de Minas y Energía. 2004: Bogotá-
Colombia.
4. Xi, Y.; Ding, Z.; He, H. and Frost, R.L. Structure of organoclays—an X-ray diffraction and thermogravimetric analysis study. J. Colloid
Interface Sci., 2004. 277(1): p. 116-120.
5. Williams-Daryn, S. and Thomas, R.K. The intercalation of a vermiculite by cationic surfactants and its subsequent swelling with organic
solvents. J. Colloid Interface Sci., 2002. 255(2): p. 303-311.
6. Abbas, A.; Sallam, A.S.; Usman, A.R.A. and Al-Wabel, M.I. Organoclay-based nanoparticles from montmorillonite and natural clay
deposits: Synthesis, characteristics, and application for MTBE removal. Appl. Clay Sci., 2017. 142: p. 21-29.
7. Cecilia, J.A.; García‐Sancho, C.; Vilarrasa‐García, E.; Jiménez‐Jiménez, J. and Rodriguez‐Castellón, E. Synthesis, characterization, uses
and applications of porous clays heterostructures: A review. Chem. Rec., 2018. 18(7-8): p. 1085-1104.
8. Thommes, M.; Kaneko, K.; Neimark, A.V.; Olivier, J.P.; Rodriguez-Reinoso, F.; Rouquerol, J. and Sing, K.S. Physisorption of gases, with
special reference to the evaluation of surface area and pore size distribution (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem., 2015. 87(9-10):
p. 1051-1069.
9. Koyuncu, H.; Yıldız, N.; Salgın, U.; Köroğlu, F. and Çalımlı, A. Adsorption of o-, m- and p-nitrophenols onto organically modified bentonites.
J. Hazard. Mater., 2011. 185(2): p. 1332-1339.
10. Otavo Loaiza, R.A.; Sanabria González, N.R. and Giraldo Gómez, G.I. Tartrazine removal from aqueous solution by HDTMA-Br-modified
Colombian bentonite. Sci. World J., 2019

39
Agradecimientos
Proyecto con código
Hermes 46078
A mis directoras, las profesoras Nancy Rocío Sanabria González y María Teresa Dávila Arias
Al profesor Jorge Julián Vélez Upegui por el apoyo del Grupo de Trabajo Académico en
Ingeniería Hidráulica y Ambiental para presentarnos en la convocatoria de apoyos a
proyectos de investigación de la FIA 2019
A mi familia y compañeros del grupo de trabajo

Presentación TF junio 25 de 2021 versión 2.pptx

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

Similar a Presentación TF junio 25 de 2021 versión 2.pptx

Similar a Presentación TF junio 25 de 2021 versión 2.pptx (20)

Más de DanielaRiveraArenas

Más de DanielaRiveraArenas (7)

Último

Último (20)

Presentación TF junio 25 de 2021 versión 2.pptx