ESTUDIO DEL PROCESO DE TRANSFERENCIA MASA EN MEMBRANAS LÍQUIDAS SOPORTADAS

Transcripción

1 ESTUDIO DEL PROCESO DE TRANSFERENCIA MASA EN MEMBRANAS LÍQUIDAS SOPORTADAS Mario Avila-Rodríguez Diana Fabiola Cholico González María del Pilar González Muñoz Mireya Edith Martínez Pérez José Antonio Reyes Aguilera Abril 16, 2013

2 OBJETIVO MOSTRAR LOS DIFERENTES ASPECTOS QUE DEBEN SER CONSIDERADOS EN EL ÁNALISIS DEL PROCESO DE TRANSFERENCIA DE MASA DE IONES METÁLICOS A TRAVÉS DE MEMBRANAS LÍQUIDAS SOPORTADAS

3 PLAN DE LA PRESENTACIÓN Breve introducción sobre las membranas líquidas Aspectos fundamentales del proceso de transferencia de masa Ejemplos Sistemas de extracción con extractantes solvatantes Sistemas de extracción con líquidos iónicos

4 TÉCNICAS DE SEPARACIÓN DE IONES METÁLICOS PRECIPITACIÓN ALCALINA EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO EXTRACCIÓN LÍQUIDO-SÓLIDO MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS TÉCNICAS DE MEMBRANA (SÓLIDAS) MEMBRANAS LÍQUIDAS

5 TIPOS DE MEMBRANAS LÍQUIDAS o MEMBRANAS DE BULTO o MEMBRANAS LÍQUIDAS SOPORTADAS ALIMENTACIÓN DESPOJO FASE EXTERNA o MEMBRANAS LÍQUIDAS EMULSIONADAS FASE MEMBRANA FASE INTERNA

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7 VENTAJAS DE LAS MEMBRANAS LÍQUIDAS o El proceso de extracción y desextracción es llevado a cabo de manera simultánea. o No se requiere alcanzar el equilibrio. o La transferencia entre dos líquidos es mas rápida. o El volumen de frase orgánica es mucho menor que en extracción líquido-líquido.

8 METODOLOGÍA MLS Impregnado por 60 min Escurrimiento por 30 min Medidas de ángulo de contacto y Determinación de la concentración del ione metálico por AA

9 Transporte a través de una MLS ALIMENTACIÓ N DESPOJO MEMBRANA LIQUIDA

10 Proceso global de transferencia de masa 1.- Difusión del ión metálico M(III) a través de la capa límite de difusión en interfase soln. Alimentaciónmembrana. 2.- Reacción química entre M(III) y extractante en la fase orgánica. 3.- Difusión del complejo M(III)-Cyanex 921 a través de la MLS. 4.- Reacción de desextracción de M(III). 5.- Difusión de M(III) a través de la capa límite de difusión en interfase membrana-soln. despojo.

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12 1.- Cotransporte en el que tanto el ion metálico como el contraion son transportados desde la solución de alimentación, a través de la MLS a la solución de despojo. 2.- Contratransporte: en la cual el acarreador ácido HC, pierde un protón y forma un complejo MC con el ion metálico en la interface entre la solución de alimentación y la MLS. Mecanismos propuestos

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14 Aspectos básicos a considerar * Aspectos químicos (datos de extracción líquido-líquido) * Afinidad del extractante por la especie a extraer * Afinidad de la especie a extraer por la fase de desextracción * Impregnación efciente del extractante en la membrana Aspectos hidrodinámicos Viscosidad Velocidad de agitación

15 CARACTERIZACIÓN DEL SOPORTE Y DE LA MLS ANGULO DE CONTACTO DEL SOPORTE PVDF HIDRÓFILO 72.9º PVDF HIDRÓFOBO 143.1º PTFE 111.7º ANGULO DE CONTACTO DE MLS ANTES DE LA TRANSFERENCIA PVDF HIDRÓFILO 33.4º (32.6) PVDF HIDRÓFOBO 36.5º (31.8) PTFE 33.9º Membranas impregnadas con Cyphos IL 101

16 Pérfiles de extracción Extracción de As(V). Membrana PVDF impregnada con Cyanex mol/i. Solución de alimentación H 2 SO 4 2 mol/l. Solución de despojo H 2 SO 4 2 mol/l

17 Pérfiles de extracción Extracción de Fe(III). Membrana PVDF impregnada con Cyphos IL 101

18 Pérfiles de extracción Extracción de Sb(III) y Cu(II). Membrana PVDF impregnada con Cyanex [Sb(III)] ppm min

19 Para la determinación del régimen de transferencia se calcula el producto ka (coef. de transferencia de masa por el área) partiendo de un balance de materia de As(V) Vdx kaxt 1.10E-07 ln X X o ka t V ka (m/s)*m E E E E E-08 difusión Cinética química 5.00E E E Vel agl. rpm

20 Aspectos Químicos Naturaleza de la solución de despojo

21 TRANSPORTE DE H+

22 TRANSPORTE DE H 2 O 14% Marták y col Fortunato y col Transporte soluto Transporte de H 2 O 180 min Variación de la concentración de agua en función del tiempo. FO: Cyphos IL mol L -1 FA: HCl 2 mol L -1

23 PERMEABILIDAD 0 t(q/v) min/cm ln [Bi(III)]t / [Bi(III)] HCl 0.2 mol L-1 HCl 0.5 mol L-1 HCl 1 mol L-1 y = x y = x y = x -1.8 ln [Bi(III)] [Bi(III)] t 0 P Q V t Donde: P Permeabilidad de la MLS Q Área efectiva de contacto MLS (cm 2 ) V Volumen solución (cm 3 ) t tiempo (min)

24 PERMEABILIDAD [ Fe III ] t ln P [ Fe III ] 0 Q V t Variación de ln [Fe(III)] t /[Fe(III)] 0 en función de (Q/V)t. Alimentación: [Fe(III)] = 10 mg L -1 en HCl 2 mol L -1. Despojo: H 2 SO mol L -1 ( ), Na 2 SO mol L -1 ( ), Na 2 SO mol L -1 ( ). MLS: Soporte PVDF Hidrófobo impregnado con Cyphos IL mol L -1

25 PERMEABILIDAD y = x R 2 = y = x R 2 = y = x R 2 = y = x R 2 = Variación de ln [Fe(III)] t /[Fe(III)] 0 en función de (Q/V)t. Alimentación: [Fe(III)] = 10 mg L -1 en HCl 2 mol L -1. Despojo: H 2 SO mol L -1. MLS: Soporte PVDF hidrófobo impregnado con Cyphos IL mol L -1. Primer experimento ( ), Segundo experimento ( )

26 EFECTO DE LA TEMPERATURA La variación de la temperatura tiene un efecto sobre la viscosidad del líquido impregnado en la membrana, afectando el flujo viscoso y por consecuencia la permeabilidad

27 Transferencia de masa Primera Ley de Fick Segunda Ley de Fick C dt MC D MC C dx MC 2

28 CONCLUSIONES El proceso de transferencia de masa de una especie a través de una MLS implica una serie de fenómenos tanto químicos como hidrodinámicos que deben de ser considerados en el estudio de los sistemas, los cuales pueden ser en algunos casos de complejidad elevada.

29 GRACIAS