ESTUDIO PRELIMINAR DE ADSORCIÓN DE IONES HIERRO CON CARBÓN ACTIVADO DE CASCARÓN DE COCO

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1 ESTUDIO PRELIMINAR DE ADSORCIÓN DE IONES HIERRO CON CARBÓN ACTIVADO DE CASCARÓN DE COCO Dolores Salas Tor, Norma Marzal Blanco, Valduvina Córdova Rodríguez, Dunia Rodríguez Faculad de Ingeniería Química, Universidad de Oriene En el deparameno se comienza el esudio de obención de carbón acivado a parir de biomasa de cascarón de coco para luego poder ser uilizado en procesos de desconaminación ambienal. Ese rabajo iene como objeivo deerminar la variación de la concenración, la canidad adsorbida y el porcenaje de adsorción de soluciones de iones hierro cuando son raados con carbón acivado; con y sin la eliminación de su ceniza y obener las curvas que esadísicamene reflejen la dependencia de los facores anes mencionados con el iempo. Enre los méodos empleados se uilizó para la acivación del carbón vegeal el méodo conocido como "Acivación química con lixiviación, ese esá dividido en res eapas: carbonización (pirólisis), lixiviación y acivación. Los análisis que fueron realizados para el raamieno de las soluciones que conienen los iones Fe 3+ con el carbón acivado fueron: ph (Méodo poenciomérico), Hierro: deerminándose masa de hierro adsorbida, canidad adsorbida y % de adsorción. Los resulados del esudio demosraron que el carbón acivado obenido con y sin cenizas puede adsorber ese meal pesado de sus soluciones en las condiciones de la experimenación. Se obuvieron las curvas y los modelos a los que mejor se ajusan el comporamieno de los daos obenidos. Enre las conclusiones principales esán que el esudio de la adsorción de iones Fe 3+ con carbón acivado de cascarón de coco en esas condiciones de rabajo demosró que se puede eliminar ese meal pesado de sus soluciones Palabras clave: carbón acivado, adsorción. The deparmen began is sudy of producion of acivaed carbon from biomass of coconu shell and hen be used in environmenal deconaminaion procedures. This paper aims deermine he variaion in concenraion, he amoun adsorbed and percenage of adsorpion soluions when iron ions are reaed acivaed carbon, wih and wihou removing his ash and obain saisically curves ha reflec he dependence of he above facors over ime. Among he mehods employed were used for he acivaion of charcoal mehod known as "aciviy wih chemical leaching," his is divided ino hree sages: carbonizaion (pyrolysis), leaching and acivaion. The analyses were performed for he reamen of soluions conaining ions Fe 3+ wih he acivaed carbon were: ph (mehod poeniomeer), iron: deermining mass iron adsorbed, quaniy adsorbed, and adsorpion % The resuls of he sudy showed ha he acivaed carbon obained wih and wihou ash can adsorb his heavy meal of heir soluions in erms of experimenaion. We obained he curves and models o bes fi he behaviour of he daa obained among he main.conclusions are ha he sudy of adsorpion ion Fe 3+ wih acivaed carbon from coconu shell in hese working condiions showed ha we can eliminae his heavy meal in heir soluions. Key words: acivaed carbon, adsorpion. Inroducción Acualmene, el mundo se esá enfrenando a graves problemas de conaminación que esán dando al rase con muchos fenómenos naurales, como la desrucción de la capa de ozono, el derreimieno de los glaciales, el cambio consane de las esaciones fuera de época, la conaminación de las aguas por el verimieno de las indusrias, odo eso se resume en peligro para la exisencia de la vida en la ierra: de los animales, la vegeación y especialmene la vida del hombre. Una de las vías que se puede uilizar para conrarresar ese efeco es la uilización del carbón acivado./1, 5/. 108

2 La conaminación en las fuenes de agua se esablece por la presencia de compuesos que no esarían en forma normal sin la inervención del hombre o por un aumeno o descenso en el conenido de las susancias exisenes por la acción humana./4/ De manera que en el agua pueden exisir componenes químicos poencialmene más óxicos ales como meales pesados: enre esos se encuenran: Manganeso, Plomo, Zinc, Cadmio, Cromo, Cobre, Hierro y Níquel enre oros. De acuerdo a odo lo anerior el objeivo general del rabajo es: analizar el comporamieno de la adsorción de iones Fe 3+ uilizando carbones acivados de cascarón de coco. Fundamenación eórica El carbón acivado es el mejor adsorbene de uso general para remoción/reducción de muchos compuesos orgánicos y aún algunos inorgánicos del agua /3/ y de aguas residuales/4/. El mismo posee la virud de reener o adherir en su superficie uno o más componenes (áomos, moléculas e iones), del líquido que esá en conaco con él. Ese fenómeno ser denomina poder adsorbene /2/. Son muchas las susancias que pueden ser adsorbidas de una solución de carbón acivado, pero el grado de adsorción varía mucho. Es variable la nauraleza y canidad de grupos químicos funcionales exisenes en la superficie de los carbones, responsables de la mayor o menor afinidad enre el adsorbene y especie meálica a adsorber. Si bien por su carácer hidrófobo los carbones acivados adsorben preferenemene compuesos no polares, la presencia de inorgánicos y heero-áomos que forman grupos funcionales superficiales influencian las propiedades de adsorción de especies polares. La adsorción de meales pesados presenes en aguas depende de varios facores enre los que se desacan: la consiución química del agua, las formas en que se encuenran las especies de meales pesados, la exura y los grupos funcionales presenes en la superficie del carbón acivado. Variables como origen, ipo y amaño de parícula del carbón acivado, ph de la solución, emperaura del agua, iempo de conaco e ineracciones compeiivas con oros componenes del agua, influencian la reención de meales en el carbón acivado./7, 8, 9/. Méodos uilizados y condiciones experimenales Maeria prima En ese rabajo la maeria prima uilizada es el carbón primario proveniene de las cáscaras de coco, procesado en la región de Baracoa. Ese maerial si es raado convenienemene posee un área superficial exensa, es alamene poroso, lo que le confiere un gran poder adsorbene. El mismo fue acivado y caracerizado deerminándosele el porcenaje de voláiles, carbono fijo y cenizas. Traamieno de las soluciones que conienen los iones Fe 3+ con el carbón acivado Se oman 50 ml de la muesra y se ransfiere a un Erlenmeyer de 100 ml. Luego se añade 2 ml de ácido clorhídrico 1:9 y 1mL de hidroxilamina y se pone a calenar hasa que gase la miad, luego se deja enfriar, poseriormene se ransfiere a un maraz de 50 ml y se añaden 2 ml de 1-10 orofenanrolina, luego se añaden 0,5 ml de hidróxido de amonio, y se llevan a volumen final con agua desilada y se espera 10 min. Se le da el mismo raamieno a un blanco. Noa: Blanco, agua exena de Fe 3+ Se uiliza para medir la concenración el foocolorímero, uilizando un filro de 50. Todos esos análisis fueron realizados en el Laboraorio Provincial de Higiene, Epidemiología y Microbiología, en la dirección secorial de salud, siuado en Saniago de Cuba. que fueron soliciados 1. ph (méodo poenciomérico). 2. Hierro (méodo de la fenanrolina). Esas écnicas fueron ejecuadas según el Sandard Mehods for he Examinaion of Waer and Wasewaer, 18 h Ediion. A.P.H.A, A.W.W.A, W.P.C.F,

3 Resulados y discusión A coninuación se exponen los resulados obenidos para el ion hierro y los modelos obenidos a parir de los daos experimenales /6/ uilizando el programa Sagrphics Plus 5.1 Eliminando cenizas del carbón acivado Tabla 1 Adsorción de Fe 3+ con carbón acivado sin cenizas Gráfico del modelo ajusado para c(fe) sin cenizas. a. Para los daos de c(fe) de Regresión - Modelo Raíz Cuadrada-X: Y = a + b*sqr(x) Variable dependiene: Concenración de Fe: c (Fe 3+ ) 3 + ( Fe ) = 2, , c

4 de la varianza Dado que el p-valor es inferior a 0,10, exise relación esadísicamene significaiva enre c (Fe 3+ ) y Tiempo para un nivel de confianza del 90 %. El esadísico R 2 indica que el modelo explica un 79,053 4 % de la variabilidad en c (Fe 3+ ). El coeficiene de correlación es igual a - 0, , indicando una relación moderadamene fuere enre las variables. Gráfico del modelo ajusado para canidad de Fe sin cenizas. b. Para los daos de canidad de Fe adsorbida de Regresión - Modelo Raíz Cuadrada-X: Y = a + b*sqr(x) Variable dependiene: Canidad de Fe adsorbida C Fe ads = 0, , de la varianza 111

5 Dado que el p-valor es inferior a 0,10, exise relación esadísicamene significaiva enre canidad de Fe adsorbida y iempo para un nivel de confianza del 90 %. El esadísico R 2 indica que el modelo explica un 79,25 % de la variabilidad en canidad de Fe adsorbida. El coeficiene de correlación es igual a 0, , indicando una relación moderadamene fuere enre las variables. Gráfico del modelo ajusado para % canidad de Fe sin cenizas. c. Para los daos de % de adsorción de Fe de Regresión - Modelo Raíz Cuadrada-X: Y = a + b*sqr(x) Variable dependiene: % de adsorción % Ads = 15, , de la varianza: Dado que el p-valor es inferior a 0,10, exise relación esadísicamene significaiva enre % de adsorción y Tiempo para un nivel de confianza del 90 %. El esadísico R 2 indica que el modelo explica un 75,253 4 % de la variabilidad en % de adsorción. El coeficiene de correlación es igual a 0, , indicando una relación moderadamene fuere enre las variables. 112

6 Sin eliminar las cenizas del carbón acivado Tabla 2 Adsorción de Fe3+ con carbón acivado con cenizas Gráfico del modelo ajusado para c(fe) con cenizas. a. Para los daos de c(fe) de Regresión - Modelo Raíz Cuadrada-X: Y = a + b*sqr(x) Variable dependiene: Concenración de Fe: c (Fe 3+ ) de la varianza: 3 + ( Fe ) = 4, , c Dado que el p-valor es inferior a 0,10, exise relación esadísicamene significaiva enre c (Fe 3+ ) y iempo para un nivel de confianza del 90 %. El esadísico R 2 indica que el modelo explica un 79,053 4 % de la variabilidad en c (Fe 3+ ). El coeficiene de correlación es igual a - 0,783 23, indicando una relación moderadamene fuere enre las variables. 113

7 b. Para los daos de canidad de Fe adsorbida de Regresión - Modelo Raíz Cuadrada- X: Y = a + b*sqr(x) Variable dependiene: Canidad de Fe adsorbida Gráfico del modelo ajusado para canidad de Fe con cenizas. C Fe ads = 1, , de la varianza Dado que el p-valor es inferior a 0,10, exise relación esadísicamene significaiva enre canidad de Fe adsorbida y iempo para un nivel de confianza del 90 %. El esadísico R 2 indica que el modelo explica un 79,253 4 % de la variabilidad en canidad de Fe adsorbida. El coeficiene de correlación es igual a 0, , indicando una relación relaivamene fuere enre las variables. Gráfico del modelo ajusado para % de adsorción de Fe con cenizas. c. Para los daos de % de adsorción de Fe de Regresión - Modelo Raíz Cuadrada-X: Y = a + b*sqr(x) Variable dependiene: % de adsorción % Ads = 44, ,

8 de la varianza Dado que el p-valor es inferior a 0,10, exise relación esadísicamene significaiva enre % de adsorción y Tiempo para un nivel de confianza del 90 %. El esadísico R 2 indica que el modelo explica un 79,253 4 % de la variabilidad en % de adsorción. El coeficiene de correlación es igual a 0, , indicando una relación moderadamene fuere enre las variables. Discusión de los resulados Adsorción de iones Fe 3+ con carbón eliminándole cenizas La abla 1 muesra que la concenración y masa de iones Fe 3+ en solución disminuye en los primeros 15 min y se maniene consane luego, la canidad adsorbida es baja correspondiendo a un porcenaje de adsorción de solo el 30,72 %. El ph de la solución es ácido, aumenando muy poco enre 3, 27 y 3,53. Las curvas obenidas represenan los modelos ajusados para el comporamieno de la concenración, la canidad adsorbida y el porcenaje de adsorción en el iempo y ienen valores de los resulados esadísicos acepables. Adsorción de iones Fe 3+ con carbón sin eliminar las cenizas La abla 2 muesra que al no ser eliminadas las cenizas hay una disminución noable de la concenración y la masa de los iones Fe 3+ en la solución, el ph aumena en los 15 primeros minuos más que en el caso anerior. La canidad odsorbida es ala que llega al 100 % a parir de las 2 h. en ese caso, las caracerísicas superficiales del carbón favorecieron aún más la adsorción de ese ion. En la lieraura /13/ se planea el hecho de que las cenizas ocasionan defecos en la esrucura elemenal del carbón acivado, por los defecos el oxígeno es químicamene adsorbido y eso conduce a un aumeno de la sorción de susancias polares e iones. Las curvas obenidas represenan los modelos ajusados para el comporamieno de la concenración, la canidad adsorbida y el porcenaje de adsorción en el iempo y ienen valores de los resulados esadísicos acepables. Conclusiones 1. El esudio de la adsorción de iones Fe3+ con carbón acivado de cascarón de coco en esas condiciones de rabajo demosró: Que se puede eliminar ese meal pesado de sus soluciones. Cuando al carbón no se le eliminan cenizas hay mayor adsorción de esos iones. 2. Se obuvieron las curvas ajusadas a los modelos maemáicos que mejor describen el comporamieno de la adsorción de esos iones en el iempo. Nomenclaura c(fe 3+ ): Concenración de hierro adsorbido en mg/l. C Fe ads: Canidad de hierro adsorbido en (mg/g). %Ads: % de Adsorción. : iempo en minuos. Bibliografía 1- Ruiz, B. and Col, "De Semianracias a Carbones Acivos". XIII Simposio Iberoamericano de caálisis, Segovia. vol. I,

9 2- Kaganer, "Evaluación comparaiva del área superficial de maeriales carbonosos", Segundo Congreso Nacional Ciencia y Tecnología Carbón, vol. I, Colombia, Nov., Fur, F., "Carbón acivado en forma de polvo para el raamieno de líquidos, producción, ensayo y aplicación", Ediciones Lurg, México, Lennech, "Agua Residual y Purificación. Adsorción/Carbón Acivo", Lurgi, "Carbones acivos para la depuración de aguas", Ensayo. Aplicación (Folleo de divulgación) RFA, Guerra, "Inroducción al análisis esadísico para procesos", Ediorial Pueblo y Educación, Reinoso y Molina Sabio; "Adsorbenes en la solución de algunos problemas ambienales", Ediciones CYTED, Alicane, 2004, Paene 19 de la República de Cuba, "Procedimieno de depuración de iones meálicos de aguas residuales", Oficina Cubana de la Propiedad Indusrial, Rodriguez Reinoso F. Desconaminación ambienal mediane adsorbenes Red Iberoamericana de adsorbenes para la proección ambienal, Ediciones CITECITED, Madrid, España.,

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