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1 REMOCIÓN DE Ca 2+, Fe 2+, Pb 2+, EMPLEANDO UNA ELECTROCELDA DE MEMBRANAS DE ULTRAFILTRACION. Eduardo Rogel-Hernández 1, Heriberto Espinoza-Gómez* 2,Shui Wai Lin 2, Ana Ames 1, César García 1, Raudel Ramos 1 1 Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería, Universidad Autónoma de Baja California- Tijuana, Calzada Tecnológico no , C.P Tijuana, B. C. México jhespinoza@uabc.mx Tel: ++(52 664) ext Centro de Graduados del Instituto Tecnológico de Tijuana, Apdo. Postal 1166, Tijuana, B. C. México RESUMEN En la actualidad, uno de los principales problemas del medio ambiente en materia de agua, es la remoción de metales pesados; lo cual puede llevarse a cabo por medio de un acomplejamiento de los metales y su posterior remoción por membranas de ultrafiltración hidrofilicas con densidad de carga negativa. Las aplicaciones ambientales más importantes de las membranas son: remoción de complejos metálicos y compuestos orgánicos. INTRODUCCIÓN Los metales pesados tóxicos, se han convertido en un contaminante ecotoxicológico de primer interés e importancia, debido a su tendencia a acumularse en organismos vivos. La necesidad de reducir el contenido de iones de metales pesados en los desechos de la industria metalúrgica y su posible reutilización, ha generado un creciente interés por desarrollar procesos de tratamiento. Los procesos de separación con membranas, son una tecnología prometedora para la separación selectiva de iones de metales pesados. Las aplicaciones de la ultrafiltración (UF), se incrementan rápidamente en diferentes áreas, desde la producción de agua potable, hasta la industria del papel. Sin embargo, aún no se ha comprendido totalmente el mecanismo de transporte a través de estas membranas 1. La mayoría de los autores están de acuerdo en que el tamaño de poro y la densidad de carga de las membranas de UF, son los parámetros principales, que determinan cuales solutos serán rechazados. Un tercer parámetro, el espesor de la membrana, determina la resistencia hidrodinámica y por consecuencia, el flujo a través de la membrana. Si estas características de las membranas se conocen, y el efecto en el transporte del soluto puede describirse, entonces se puede cuantificar la efectividad de la membrana. Se tienen reportes de remoción de iones de metales pesados empleando NF, efectivos y económicos, si estos iones están acomplejados formando grandes moléculas. Los ligantes más comunes son EDTA, poliamidas, alcohol polivinílico, polivinilpirrolidona. Los ligandos y sus complejos metálicos, pueden ser retenidos por NF, mientras que los iones libres pueden atravesar la membrana libremente, dependiendo del tamaño del poro de la membrana 2-3 ; sin embargo, no existe trabajos relacionados con UF acoplado con sistemas electroquímicos. 1

2 En este trabajo, se plantea la remoción de iones de metales pesados [Fe(II), Ca(II), Pb(II)], de una solución acuosa; el efecto de la carga de los electrodos en la celda, así como el efecto del tamaño del poro de la membrana ejercen influencia en el coeficiente de rechazo de los iones metálicos libres. OBJETIVOS Utilizar el sistema de ultrafiltración, en combinación con un sistema de electroflujo cruzado para la remoción de iones metálicos. Determinar el efecto de ph y el voltaje aplicado en la remoción de iones metálicos. MATERIALES Y MÉTODOS En este proyecto, se empleo una membrana de ultrafiltración (UF) acoplada a un electrofiltro de flujo cruzado, sin que ocurra reacción química en la superficie de los electrodos, para remover los sólidos disueltos totales presentes en el abastecimiento de agua. El sistema de electro-flujo cruzado de membranas de UF repelerá y rechazará a los iones y/o sus complejos dependiendo del tamaño y densidad de carga aplicado en los electrodos (Figura 1). A diferencia de la electrodiálisis, donde los iones atraviesan las membranas ion-selectivas, en este proceso solo el agua limpia atravesará la membrana, los iones se concentrarán en el agua de entrada al sistema, por efecto de la densidad de carga sobre los electrodos. Las membranas empleadas, fueron desarrolladas en laboratorio 4,5. La concentración de los iones de metales, se fijo en 50 mg/l 4.8 bar y 25 o C, el área de filtración efectiva fue de 28.7 cm 2. Se trabajó a diferentes ph (4, 7, 11), y voltajes (0.0, 0.5, 0.75, 1.0, 1.5 V). El porcentaje de rechazo de metales en el flujo permeado, se calculo mediante: [ permeado] % R = x100. [ rechazo] La concentración de los iones de metales pesados, se determinó por espectrometría de absorción atómica, a su respectiva longitud de onda. 2

3 RESULTADOS El análisis estadístico de los datos, muestra que el tipo de ión no afecta en el proceso de remoción; sin embargo, el voltaje aplicado en la celda es determinante para lograr un porcentaje de rechazo elevado. De igual forma, el ph es relevante para la solubilidad del metal, pero tampoco ejerce un efecto determinante en el rechazo. Como puede observarse en la Tabla 1, a ph 7 y utilizando una membrana con carga negativa en su superficie, se logra una remoción <99% para Pb 2+ y Fe 2+ en un tiempo de 30 minutos, por su parte, el Ca 2+ se remueve en un 85%. Si el voltaje se incrementa hasta 1.5 V, el % de rechazo para el Ca 2+, en el mismo tiempo, se incrementa hasta un 95%. Tabla 1. Porcentaje de rechazo para la membrana con carga superficial negativa y ph 7. % de Rechazo (ph 7, membrana ac1) Pb 2+ Ca 2+ Fe 2+ Tiempo (min) 1.0 V 1.5 V 1.0 V 1.5 V 1.0 V 1.5 V > >99 >99 30 >99 > >99 >99 3

4 Por otra parte, para el mismo tipo de membrana, pero variando el ph, se observa una tendencia similar; sin embargo, el porcentaje de rechazo logrado es superior al obtenido a ph 7. Esto se atribuye a la solubilidad del ion a ph ácido. Tabla 2. Porcentaje de rechazo para la membrana con carga superficial negativa y ph 4. % de Rechazo (ph 4, membrana ac1) > >99 > >99 30 >99 >99 95 >99 93 >99 En el caso de la Tabla 3, membrana neutra con ph 7; se observa una disminución en el porcentaje de rechazo de Pb 2+, Fe 2+ ; sin embargo, para el caso del Ca 2+, se observa un incremento en el rechazo, tanto para 1.0 V como para 1.5 V Tabla 3. Porcentaje de rechazo para la membrana sin carga superficial y ph 7. % de Rechazo (ph 7, membrana sp1) >99 74 > >99 85 > En la Tabla 4, se muestra una disminución en el porcentaje de retención, con respecto a la misma membrana pero con ph 7. Sin embargo, no existe una explicación aparente para este comportamiento. Tabla 4. Porcentaje de rechazo para la membrana sin carga superficial y ph 4. % de Rechazo (ph 4, membrana sp1)

5 CONCLUSIONES Aunque en esta publicación no se presentan los datos de rechazo en ausencia de voltaje, es bien sabido que la ultrafiltración no es útil para la remoción de iones metálicos; está técnica es efectiva cuando se aplica voltaje como fuerza externa para lograr mantener los iones divalentes alejados de la superficie de la membrana y lograr un máximo en el porcentaje de rechazo. BIBLIOGRAFÍA Juang, R.S.; Liang, J.F. J Memb Sci. 82, 1993, Denizli, A.; Tanyolac, D.; Slih, B.; Aydinlar, E.; Ozdural, A.; Piskin, E. J Memb Sci. 137, 1997, 1-8. de Gyves, J.; Rodríguez, E. Ind. Eng. Chem. Res. 38, 1999, Espinoza-Gomez, H.; Lin, S.W. Polymer Bulletin. 2001, 3-4, Espinoza-Gomez, H.; Lin, S.W. Revista de la Sociedad Química de México. 2003, 47:1,