ADSORCIÓN DE PLOMO DE EFLUENTES INDUSTRIALES USANDO CARBONES ACTIVADOS CONHPO

Transcripción

1 Rcibid l ADSORCIÓN DE PLOMO DE EFLUENTES INDUSTRIALES USANDO CARBONES ACTIVADOS CONHPO 3 4 a* a b Carmncita Lavad Mza, María dl Rsari Sun Ku, Salvadr Bndzú RESUMEN S prpararn carbns activads a partir d astillas d ucalipt ( Eucaliptus glbulus Labill), mdiant activación química usand cm agnt activant al ácid fsfóric. S studió la influncia d ls siguints parámtrs d activación sbr la adsrción d plm: razón d imprgnación (agnt activant(g)/prcursr(g)) y tmpratura d activación. Ls matrials btnids s caractrizarn mdiant adsrción d N a 96 C, SEM y FTIR. S studiarn ls parámtrs qu afctan l prcs d adsrción d plm: timp d cntact, razón masa d carbón/vlumn d la slución, tmpratura y ph, lgránds btnr capacidads d adsrción d hasta 14,1 mg Pb/g. S lgró rmvr l 99,9% dl plm cntnid n un flunt industrial. Palabras clav: adsrción, carbón activad, activación química cn H3PO 4, plm, tratamint d aguas. ADSORPTION OF LEAD FROM INDUSTRIAL WASTEWATER USING ACTIVATED CARBONS WITH H PO 3 4 ABSTRACT Activatd carbns wr prpard frm chips f Eucalyptus glbulus Labill, as by chmical activatin using phsphric acid activating agnt. Th influnc f activatin paramtrs was studid n th adsrptin f lad: imprgnatin rati (activating agnt (g)/prcursr (g)) and activatin tmpratur. Th matrials btaind wr charactrizd by N adsrptin at 96 C, SEM and FTIR. Th paramtrs affcting th adsrptin prcss f lad was studid: cntact tim, rati mass carbn/vlum f slutin, tmpratur and ph, btaind adsrptin capacitis f up t 14,1 mg Pb / g.achivd 99,9% rmval f lad n industrial fflunt. Ky wrds: adsrptin, activatd carbn, chmical activatin with H3PO 4, lad, watr tratmnt. INTRODUCCIÓN Estudis ralizads han mstrad qu l incrmnt n ls nivls d cntaminación dl agua, dbid a la prsncia d mtals psads prvnints d flunts industrials, pn n 1 risg la salud humana. Ls mtals psads cm l plm, cadmi y mrcuri stán cnsidrads cm un d ls grups más pligrss dbid a qu n sn bidgradabls, su alta txicidad a bajas cncntracins y su capacidad d biacumulars n ls rganisms qu ls ingirn. La cntaminación dl agua pr plm s db a ls flunts industrials n tratads, gnrads pr las fábricas d ttratil d plm, pinturas, batrías, municins, a Dpt. d Cincias - Scción Química, Pntificia Univrsidad Católica dl Prú. Av. Univrsitaria 1801-San Migul Lima 3, -mail: carmncita.lavad@pucp.du.p b Facultad d Ingniría Química, Univrsidad Nacinal dl Cntr dl Prú, Av. Mariscal Castilla km 5, El Tamb, Huancay. Rv Sc Quím Prú. 76 () 010

2 166 Carmncita Lavad Mza, María dl Rsari Sun Ku, Salvadr Bndzú crámicas d vidri, minría, ntr trs. El plm s un mtal psad tóxic y, dbid al dañ qu pud prducir su ingsta, la Agncia d Prtcción Ambintal (EPA) l ha clasificad ntr las 0 sustancias químicas más pligrsas para la salud humana; asimism, stablció l límit máxim prmisibl d plm n agua ptabl d 0,001 ppm. Ls métds d mayr aplicación n l tratamint d flunts qu cntinn mtals psads sn ls siguints: prcipitación, intrcambi iónic, ósmsis invrsa y adsrción. Cmparand dichs tratamints, la adsrción prsnta la vntaja d psr las siguints caractrísticas: fácil pración, rtnción dl mtal n prsncia d trs catins y la psibilidad d rcuprar ls mtals psads. El prcs d adsrción s raliza cn divrss matrials, gnralmnt micrprss, cm las arcillas pilaradas, alúminas y carbns activads. Ls carbns activads pudn btnrs utilizand cm matria prima a matrials rics n carbn, básicamnt prvnints d funts rnvabls cm ls matrials lignclulósics y dschs 3 agríclas. Gnralmnt, s busca matrials cnómics y dispnibls n la rgión, cn la finalidad d rducir ls csts d prducción, rquisit qu las astillas d ucalipt cumpln. Para la activación dl matrial s usan ds métds: activación química y activación física. La activación química cnsist n pnr n cntact la matria prima cn un agnt imprgnant, tal cm: KOH, H3PO 4, ClZn, NaOH, tc., l cual actúa cm agnt dshidratant. Ls carbns activads químicamnt, n cmparación cn ls activads físicamnt, prsntan la vntaja d tnr mayrs rndimints, así cm un bun dsarrll d la prsidad a 4 tmpraturas rlativamnt bajas. Las prpidads adsrbnts dl carbón activad sn 5 atribuidas a su alta ára suprficial, prsidad (micr y msprs) y grups suprficials ; sin mbarg stas prpidads varían d acurd al matrial d partida, así cm l métd d activación usad. En la actualidad, l carbón activad s muy utilizad n l tratamint dl 6 agua ptabl y aguas rsiduals, rmvind sustancias rgánicas cm fnls, psticidas, aminas nitrats d ls cmpusts qu causan lrs y sabrs n dsads y mtals 70 psads. El prsnt studi tuv pr bjtivs dar a cncr la prparación d carbns activads cn H3PO 4, utilizand cm matrial d partida las astillas d ucalipt, qu s un dsch abundant n l vall dl Mantar, dpartamnt d Junín (Prú), pr l qu su mpl cm matria prima n la prparación d carbns activads s cnstituy cm un matrial d baj cst y l trga un mayr valr agrgad, así cm ls nsays d adsrción d Pb(II) prsnt n slucins acusas stándar y su aplicación n l tratamint d un flunt industrial. PARTE EXPERIMENTAL Prparación dl matrial adsrbnt La matria prima (astillas d ucalipt) fu scada imprgnada pr vía húmda cn una slución d H3PO 4, usand una razón d imprgnación [masa d agnt activant (g)/masa d prcursr (g)] igual a 0,5; 1,0; 1,5; 3,0 sguid d un prcs d carbnización, qu s ralizó n un ractr d lch fij, a tmpraturas d: 400, 500, 600 y 700 C, durant una hra, cn 3 fluj cntinu d N d 100cm /min. Finalmnt, ls carbns btnids furn lavads cn abundant agua dstilada y scads n una stufa pr 4 hras a 80 C. Para la idntificación d ls carbns activs btnids s utilizó la siguint nmnclatura: PX,X/YYY, dnd: P s rfir al agnt activant usad (H3PO 4),X,X la razón agnt activant/prcursr, YYY la tmpratura d activación. Caractrización d ls matrials El ára suprficial y la distribución d prs d ls carbns activads s btuvirn pr adsrción d N a 96 C, n un quip d adsrción mdl Micrmritics GIQ-UPV. Para la Rv Sc Quím Prú. 76 () 010

3 Adsrción d plm d flunts industrials usand carbns activads cn H PO dtrminación dl ára suprficial y vlumn d micrprs s utilizarn las cuacins d Brunaur-Emmtt-Tllr (BET) y d Dubinin-Radushkvich (D-R). El studi d ls grups funcinals prsnts n la matria prima y carbns activads s ralizó pr spctrscpía infrarrja cn transfrmadas d Furir (FTIR). El quip instrumntal utilizad fu un spctrftómtr Prkin Elmr FTIR Para ll s prpararn pastillas d carbón activad mzclad cn KBr; las mustras furn analizadas n un rang spctral d cm. El análisis mrflógic d la matria prima y d ls carbns activads s llvó a cab pr Micrscpía Elctrónica d Barrid n un quipaspex LLC. Adsrción d plm: Tds ls nsays d adsrción d plm furn ralizads n un sistma batch, n cada cas s utilizó 50 mg dl adsrbnt y s pusirn n cntact pr 3 hras cn 50 ml d una slución d Pb(II) a difrnts cncntracins inicials, n un agitadr múltipl a una vlcidad d 500 rpm, a tmpratura ambint y ph inicial igual a 5. Finalizada la tapa d adsrción, las fass furn sparadas pr filtración y s valuó la cncntración d plm n las slucins rmannts pr adsrción atómica n un quip Prkin Elmr AAS Para la labración d las istrmas d adsrción las cncntracins inicials s variarn n l rang d 50 a 500 mg/l. El studi d la influncia dl ph s ralizó variand l ph d la slución inicial n un rang d -9 utilizand slucins d HNO3 0,1 M y NaOH 0,1 M. Para dtrminar la capacidad d adsrción (q ) d ls carbns activs s utilizó la siguint cuación: (C C ) V q = M Dnd, q s la capacidad d adsrción n l quilibri (mg Pb/g carbón activad), C s la cncntración inicial (mg/l) n una slución d vlumn (L), C s la cncntración n l quilibri (mg/l) lug d la adsrción y M s la masa dl adsrbnt (g). Cinética d adsrción El studi d la cinética d adsrción s ralizó cn ls parámtrs d adsrción óptims btnids a difrnts cncntracins inicials, cn una rlación d masa d carbón/vlumn d slución d 50mg/50mL. Durant l prcs d adsrción a difrnts intrvals d timp s spararn pquñas alícutas a las cuals dspués s dtrminó l cntnid d plm. Mustr dl flunt industrial S tmarn mustras d aguas rsiduals prvnints d una fábrica ddicada a la prducción d sulfat tribásic d plm (3PbO PbSO 4 HO), cmpust utilizad n la industria plástica cm stabilizant. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Caractrización d ls carbns activads: Análisis txtural d ls carbns activads. Para la dtrminación dl ára suprficial y la distribución d prs d las mustras s valuarn las istrmas d adsrción - dsrción n l sistma sólid - gas, dnd n st cas l adsrbat s l N mdid a 96 C y l adsrbnt sn las mustras d carbns activads cn H3PO4cn una razón d imprgnación igual a 1,0 y activadas a difrnts tmpraturas n l rang d 400 hasta 600 C. Para la dtrminación d 3 las istrmas s graficarn l vlumn d N adsrbid (cm /g) n cndicins stándar (STP) n función d la prsión rlativa (P/P ) (figura 1). Rv Sc Quím Prú. 76 () 010

4 168 Carmncita Lavad Mza, María dl Rsari Sun Ku, Salvadr Bndzú 3 V (cm /g)stp P1,0/600 P1,0/500 P1,0/ ,1 0, 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 P/P Figura 1. Istrmas d adsrción-dsrción d ls carbns activads a una razón d imprgnación d 1,0 a difrnts tmpraturas d activación. S pud bsrvar qu las frmas d las istrmas d ls carbns activads sn muy similars y prsntan caractrísticas asciadas a la istrma dl tip IV, d acurd a la clasificación d IUPAC, l qu indica una structura micr y msprsa. Cm pud aprciars, la adsrción d N s incrmnta inicialmnt dbid al llnad d ls micrprs (P/P = 0); pstrirmnt la pndint d la istrma s incrmnta paulatinamnt cn l aumnt d las prsins rlativas, l qu s ascia a la adsrción n multicapas dbid al llnad d ls msprs. Ls rsultads dl análisis d las istrmas d adsrción d N, cn las cuacins BET y DR s rsumn n la tabla 1. Tabla 1. Parámtrs txturals d ls carbns activads Mustra P1,0/400 P1,0/500 P1,0/600 Tmpratura d activación ( C) S BET (m /g) 667,7 688,8 761,1 Parámtrs txturals V micr V ms (cm 3 /g) (cm 3 /g) 0,31 0,3 0,37 0,07 0,033 0,063 V T (cm 3 /g) 0,34 0,35 0,41 S pud bsrvar qu la tmpratura d activación tin más influncia n l dsarrll d ls msprs qu n la d ls micrprs; s nta también qu a una tmpratura d activación mayr a 500 C, la influncia s mayr n l dsarrll d ls msprs. El ára suprficial spcífica también s incrmnta cn l aumnt d la tmpratura d carbnización, btniénds una mayr ára suprficial a 600 C d 761,1 m /g. Análisis mrflógic. Las figura A y B mustran las micrgrafías ralizadas a la matria prima y al carbón activad cn H PO rspctivamnt. 3 4, Rv Sc Quím Prú. 76 () 010

5 Adsrción d plm d flunts industrials usand carbns activads cn H PO A B Figura. (A) Matria prima (B) carbón activad P1,0/600. S aprcia una clara difrncia mrflógica ntr la matria prima y l carbón activad, l qu hac vidnt la acción dl agnt activant y la tmpratura d activación sbr la structura d la matria prima. Esta última prsnta una mrflgía caractrística cn fibras alargadas, n tant qu la mustra activada prsnta una mrflgía prsa cnfrmada pr agrgads ubicads n frma dsrdnada cn gnración d prs htrgéns ntr lls, l cual fu cnfirmada pr su alta ára suprficial qu fu dtrminada pr adsrción d N. Idntificación d ls grups funcinals pr FTIR. Ls grups funcinals prsnts n la suprfici d ls carbns activads dsmpñan un rl imprtant n la adsrción d cntaminants rgánics inrgánics. Ells l cnfirn al carbón prpidads hidrfílicas 11 prqu incrmntan la intracción spcífica in-dipl y dipl-dipl. En la figura 3 s mustra ls spctrs FTIR dl prcursr (astillas d ucalipt) y dl carbón activad P1,0/600. Carbón activad Transmitancia (u.a) ,39 365, ,4 1456, , 1595,87 145, 1461,34 144,0 Matria prima 3414,1 1118, 1051, Númr d nda (cm- 1 ) (cm (cm- 1 ) Figura 3. Espctrs FTIR dl prcursr y dl carbón activad P1,0/600. Rv Sc Quím Prú. 76 () 010

6 170 Carmncita Lavad Mza, María dl Rsari Sun Ku, Salvadr Bndzú Así, n l spctr FTIR dl prcursr s rcncn ls principals grups funcinals prsnts: la banda ancha a 3414,16 cm s atribuida a grups hidrxílics (O-H), ls pics intnss a 933,39 y 144,0 cm sn dbids a la vibración d tnsión y flxión n l plan d ls grups CH- y C-O n éstrs (=C-O-C); sts grups sn caractrístics n la 11 clulsa. La flxión n l plan a 1461,34 cm y la flxión simétrica a 1374 cm indican la prsncia d grups C-H y CH3, rspctivamnt. También s lcalizarn bandas atribuidas a las vibracins d tnsión a 1595,87; 1504,94 y 145,1 cm prpias d C=C. La sñal a ,8 cm s atribuy a la prsncia d C=O n aldhíds y lactnas. La sñal a 1051,6 cm 1 l crrspnd cn C-O n fnls (C-OH, primaris), la sñal a 1118,7 cm s dbida al C- O n fnls (C-OH scundaris), y a 1159,43 cm l crrspnd cn C-O-C, sts grups 1 funcinals idntificads n la matria prima sn suscptibls a racción cn ácids y bass. Lug d la activación s pud bsrvar qu muchas bandas caractrísticas dsaparcn mantniénds las sñals d ls grups hidrxílics (348,97 cm ), C=C (163,48 y 1456,54 cm ) y C-O n R-OH primaris (1051 cm ) y -CH (917,64 cm ) aunqu n mnr intnsidad cn rspct a la matria prima. S bsrva, admás, una banda n 1130 cm, sgún Puizy t 13 al., ésta crrspndría a la prsncia d spcis fsfradas prvnints dl agnt imprgnant. D acurd a ls rsultads dl studi d FTIR s pud stablcr qu l H3PO4 induc a cambis químics imprtants n la structura dl prcursr (astillas d ucalipt) durant la dscmpsición pirlítica, prmvind la dshidratación y rdistribución d ls cnstituynts d la madra: lignina, clulsa y hmiclulsa, favrcind la cnvrsión d ls cmpusts alifátics a armátics, btniénds carbns activads d caráctr principalmnt pliarmátic, dnd l grup funcinal principal s l OH. Efct d la razón d imprgnación y d la tmpratura d activación n la rmción d Pb(II) En las figuras 4A y 4B s mustran las istrmas qu rprsntan las capacidads d adsrción d Pb(II) (q ) xprsad n mg d plm rtnid pr gram d carbón activad, variand: la razón d imprgnación (A) y la tmpratura d activación (B); ls trs parámtrs (ph y tmpratura) s mantuvirn cnstants. q (mg/g) C (mg/l) A P3,0/600 P1,5/600 P1,0/600 P0,5/600 q (mg/g) P1,0/700 P1,0/600 P1,0/500 P1,0/ C (mg/l) B Figura 4. Istrmas d adsrción Pb(II) n carbns activads. Efct d la variación d: la razón d imprgnación (A) y la tmpratura d activación (B). Rv Sc Quím Prú. 76 () 010

7 Adsrción d plm d flunts industrials usand carbns activads cn H PO En ambas figuras s pud bsrvar qu l valr d q mustra un cmprtamint ascndnt muy rápid hasta lgrar cndicins stacinarias a partir d C = 100mg/L. Cn rspct a la variación d la razón d imprgnación, ls valrs d las istrmas s incrmntarn cuand la razón d imprgnación varió d 0,5 a 1,0; aparntmnt n xist mucha difrncia n ls valrs d q a razns d imprgnación d 1,0 y 1,5, pr cuand la razón d imprgnación s incrmntó a 3,0 ls valrs d q disminuyrn, mantnind la misma tndncia. Cnsidrand l fct d la tmpratura d calcinación, s aprcia qu a mdida qu s incrmntó la tmpratura d 400 a 600 C, la capacidad d adsrción (q ) aumntó. Sin mbarg, a la tmpratura d 700 C, l prcs s rvirtió, disminuynd la capacidad d adsrción n frma prprcinal (la tndncia d la curva n cambia), pr l qu s pud dcir qu st fct s prduc dbid a ls cambis n la prsidad, psiblmnt pr la rducción cntracción d ls prs pr l fct térmic, l qu afctaría la difusión n l prcs d adsrción dl plm. Dl análisis d las istrmas mstradas n tdas las figuras 4A y 4B, s cncluyó qu l carbón qu prprcina una mayr capacidad d adsrción fu la mustra P1,0/600 xhibind un valr d q = 14,1 mg Pb/g d carbón activad. Crrlación d ls dats xprimntals cn ls mdls d istrmas d adsrción Ls mdls d Langmuir y Frundlich sn ls más usads para dscribir la rlación ntr la cantidad d adsrbat rtnid y su cncntración n l quilibri n ls sistmas d adsrción sólid-líquid. En l mdl d Langmuir s asum qu la adsrción curr unifrmmnt n ls sitis activads d la suprfici dl adsrbnt, cn la frmación d una mncapa n dnd l calr d adsrción s cnstant para tds ls sitis y qu n xist intracción ntr 14 las mléculas adsrbidas. La rprsntación linal dl mdl d Langmuir s xprsada dl siguint md: C 1 C = + q Q b Q Dnd, C s la cncntración n l quilibri (mg/l), q la capacidad d adsrción n l quilibri (mg Pb/g), Q máxima cantidad d mtal qu pud sr adsrbid n la mncapa, b cnstant rlacinada a la nrgía d adsrción (L/mg). Ls valrs d Q y b s hallarn lug d graficar C /q vrsus C. En l mdl d la istrma d Frundlich s hac us d una cuación mpírica, cnsidrand qu las nrgías d adsrción sn htrgénas y varían d acurd a la suprfici cubirta. La frma linal dl mdl d Frundlich s la siguint: lgq = lgk + (1/n)lgC F Las cnstants KF y n rprsntan a ls factrs qu afctan la capacidad d adsrción intnsidad d adsrción, rspctivamnt, y sn indicativs d la rtnción favrabl dl mtal sbr la suprfici dl adsrbnt. Ests valrs s hallarn lug d graficar lg q vs lg C. En la tabla, s rsum las cnstants y cficints d crrlación d ls mdls d Langmuir y Frundlich hallads d las cuacins linalizadas d las istrmas d la figura 4. Tabla. Cnstants d ls mdls d Langmuir y Frundlich. Carbón Cnstants d Langmuir Cnstants d Frundlich activad Q (mg/g) b(l/mg) R K F n R P1,0/600 14,8571 0,44 0, ,11 10,4 0,9867 Rv Sc Quím Prú. 76 () 010

8 17 Carmncita Lavad Mza, María dl Rsari Sun Ku, Salvadr Bndzú S bsrva qu ls dats xprimntals d la istrma s ajustarn más al mdl d Langmuir (R = 0,9986), l qu indicó qu la adsrción s llva a cab n mncapa, sin intraccins latrals ntr las mléculas dl adsrbat y l calr d adsrción s cnstant n tda la suprfici dl carbón activad. Adicinalmnt, s aprcia qu l carbón P1,0/ prsnta un alt valr d Q (14,86 mg/g) n cmparación cn ls rprtads pr Gl t al (34,7 mg/g), Issabayva t al. (95,mg/g) y Lavad t al. (78,74 mg/g). Efct dl ph La figura 5 mustra la influncia dl ph inicial d la slución sbr la rmción d plm, n l carbón activad P1,0/600, a difrnts cncntracins inicials. Cm s pud bsrvar la cantidad adsrbida d plm, q, s incrmntó cn l aumnt d ls valrs dl ph, y st valr fu mayr cuant más alta fu la cncntración d Pb, btniénds máximas adsrcins n un rang d ph ntr 4 y 5, para ph mayrs a 5 la adsrción dcrció suavmnt, mantniénds la misma tndncia para tdas las cncntracins d plm. A partir d un ph d 5,7 l plm mpzó a prcipitar cm Pb(OH) pr l qu, sbr st valr d ph s staría frnt a ds fnómns: prcipitación y adsrción. q (mg/g) mg/l 300 mg/l 100 mg/l ph Figura 5. Efct dl ph n la rmción d Pb(II) Para ntndr l mcanism d adsrción d ls ins mtálics sbr la suprfici dl carbón s graficó la variación dl ph final (ph f) lug d la adsrción vrsus ph inicial (ph i) cn difrnts cncntracins inicials d plm (300 y 500 mg/l). Para fins d cmparación también s ralizó una pruba n blanc. Ls rsultads d sta valuación s bsrvan n la figura 6. ph final Blanc 300 mg/l 500 mg/l ph inicial Figura 6. Efct dl phi d la slución sbr l phf n la adsrción d Pb(II) Rv Sc Quím Prú. 76 () 010

9 Adsrción d plm d flunts industrials usand carbns activads cn H PO El análisis d la curva d la mustra n blanc n un rang d ph ntr -5 indica qu l ph f > ph i. Est s dbría a qu n st rang d ph i, la racción ntr l agua y la suprfici dl - carbón prduc la libración d ins OH incrmntánds d sta manra l valr dl ph f. La - libración d OH prduciría la prtnación d la suprfici dl carbón, qudand la suprfici cargada psitivamnt. En las curvas a cncntracins inicials d Pb d 300 y 500 mg/l s bsrva qu a phi mayr a 5 l ph f < phi l qu implica qu n la intrfas agua-suprfici + carbón activad, s prduciría la libración d ins H, disminuynd l valr dl phf cn rspct al ph i, y pr l tant s prduc la dsprtnación d la suprfici dl carbón, qudand ésta cargada ngativamnt. Ls ins Pb(II) n slución acusa s ncuntran slvatads hidrlizads a ph>5 dnd la + + spci dminant s Pb(OH) y a ph<5,0 las spcis xistnts sn: Pb y PbOH. La influncia dl ph n la adsrción dl plm sbr ls carbns activads s pdría xplicar n bas a la intracción lctrstática, a bajs valrs d ph (< 3) la suprfici dl adsrbnt s + + ncuntra prtnada d manra qu las spcis: Pb, PbOH prducirían una rpulsión lctrstática. Adicinalmnt, xistiría un fct cmptitiv pr ls sitis d adsrción + + ntr ls ins Pb y ls prtns H prsnts n la slución, l qu s rfljaría n l baj valr d q.al incrmntars l ph (> 3), ls sitis cargads ngativamnt n la suprfici dl carbón van incrmntánds, favrcind la atracción lctrstática d las spcis d plm xistnts aumntand l valr d q. Adicinalmnt, s psibl la xistncia d un ,15 intrcambi iónic ntr las spcis Pb y PbOH y ls ins H d la suprfici dl carbón l qu s xplica mdiant las siguints raccins: + + (CxOH) + Pb (CxO) Pb + H + + CxOH + Pb(OH) CxOPb(OH) + H CxOH + Pb CxOPb + H Dnd: Cx rprsnta la suprfici dl carbón. Est mcanism d intrcambi iónic prpust s pud cnfirmar n la figura 6 dnd s bsrva qu ls valrs dl phf cn rspct a la mustra n blanc, dcrcn, l qu vidncia + la mayr libración d ls prtns H prducind l dcrcimint dl ph f. Efct d la tmpratura La dpndncia d la adsrción d la tmpratura stá asciada cn varis parámtrs trmdinámics. Est studi s llvó a cab a 0, 5, 35 y 45 C, mantnind cnstants ls dmás parámtrs d adsrción. La nrgía stándar d Gibbs fu valuada pr: G = RT ln K c La cnstant d quilibri (K c) fu valuada para cada tmpratura, siguind la siguint rlación: CB K c = C Dnd, CB s la cncntración n l quilibri n l adsrbnt; CA la cncntración n l quilibri n la slución. La ntalpía d adsrción ( H ) y ntrpía ( S ) stándar furn dtrminadas d la cuación d Van`t Hff : A lnk c ΔS = R ΔH RT Rv Sc Quím Prú. 76 () 010

10 174 Carmncita Lavad Mza, María dl Rsari Sun Ku, Salvadr Bndzú H y S furn btnids dl intrcpt y pndint d la gráfica d Ln Kc vrsus 1/T. Ls valrs trmdinámics calculads s rsumn n la tabla 3. Tabla 3. Parámtrs trmdinámics n la adsrción d Pb(II) sbr l carbón activad P1,0/600 T G H S K kj/ml kj/ml J/Kml 93 4, ,368 1, , , ,45 Ls valrs ngativs d G indicarn qu l prcs s trmdinámicamnt factibl y spntán. El valr psitiv d H rflja qu la intracción ntr adsrbat-adsrbnt s ndtérmic y l valr S, indica qu hay un incrmnt d la alatridad n la intrfas sólid-líquid. Cinética d adsrción En l prcs d adsrción, ls parámtrs cinétics sn útils para prdcir l grad d 14 adsrción y prprcina imprtant infrmación para l disñ y mdlamint dl prcs. La figura 7 mustra la influncia d la cncntración d la slución y l timp d cntact n la adsrción d plm sbr l carbón activad P1,0/600. q (mg/g) t (min) Figura 7. Efct dl timp d cntact y la cncntración inicial n la adsrción d Pb(II) n l carbón P1,0/600. S bsrvó qu l prcs d adsrción s muy rápid n ls primrs 6 min. La capacidad d adsrción (q t) a un timp t, s stabiliza y s mantin cnstant dspués d 50 min. Ests valrs d qt s incrmntan a mdida qu la cncntración d la slución d plm s mayr. Ls dats xprimntals btnids d qt y l timp d cntact furn crrlacinads n bas a ds mdls difrnts: l mdl d Lagrgrn, mdl d sud primr rdn y l mdl d sud sgund rdn, dtallads a cntinuación: Ecuación d Lagrgrn mdl d sud primr rdn: k1 lg(q q t ) = lgq t, mg/l 00 mg/l 50 mg/l Rv Sc Quím Prú. 76 () 010

11 Adsrción d plm d flunts industrials usand carbns activads cn H PO Ecuación d sud sgund rdn: t q t 1 = k q + 1 q t Dnd k 1(min ) y k (g/mg min) sn las cnstants d vlcidad d sud primr y sgund rdn, rspctivamnt, qy qtsn las capacidads d adsrción (mg/g) n l quilibri y a un timp t, rspctivamnt. Las cnstants k 1(min ) y k (g mg min ) furn halladas d ls intrcpts d las cuacins linalizadas d ls gráfics d lg(q-q t) vrsus lg qy t/qtvrsus t, rspctivamnt. Ls valrs d k s utilizan para calcular la vlcidad inicial (h) dtrminada pr: h = k q Ls valrs d las cnstants d vlcidad d ls mdls cinétics a difrnts cncntracins s prsntan n la tabla 4. Tabla 4. Cnstants d ls mdls d psud primr y sgund rdn Sud primr rdn Sud sgund rdn C k 1 R k h R (mg/l) (min ) g/mg min mg/g min 50 0,097 0,9814 0, , ,0097 0,6991 0, ,86 0, ,0136 0,8456 0, ,880 0,9999 Al analizar ls valrs d R s pud cncluir qu l mdl qu mjr s ajusta a ls dats xprimntals s l d sud sgund rdn, l qu dmustra qu st mdl pud sr aplicad para td l prcs d adsrción y stablc qu l plm s quimisrb sbr la suprfici dl carbón P1,0/600. Ests rsultads cncurdan cn trs trabajs ralizads pr 14,1 Anp t al. y Skar t al.. Ells adsrbirn plm sbr carbns activads dnd ls dats xprimntals s crrlacinarn mjr cn l mdl d sud sgund rdn. Asimism, para una cncntración d plm d 500 mg/l, al cmparar las vlcidads inicials n l prcs d adsrción d plm (h) sbr l carbón prparad n l prsnt 17 studi cn l mism carbón activad cn KOH (h = 40,3mg Pb/g carbón activad.min), rsultó qu l carbón activad P1,0/600 prsntó valrs mayrs d h (59,88 mg/g min). Tratamint dl flunt: + El análisis químic qu s ralizó a un flunt industrial mstró qu admás d cntnr Pb + + (6 mg/l), también cntnía ls siguints ins n frma mayritaria: Ca (131mg/L), K + (45,51 mg/l), Na (44,85 mg/l) ls cuals pdrían jrcr un fct slctiv cmptitiv qu pdría influir n la adsrción d plm. Pr l qu s ralizarn prubas d adsrción n frma sparada cn slucins stándar qu cntnían plm y un d ls ins cmptitivs, n cncntracins similars a las prsnts n l flunt industrial, para finalmnt ralizar Rv Sc Quím Prú. 76 () 010

12 176 Carmncita Lavad Mza, María dl Rsari Sun Ku, Salvadr Bndzú nsays d adsrción cn una slución qu cntnía plm y ls trs ins cmptitivs. En la tabla 5 s mustra ls rsultads d stas prubas. S pud bsrvar qu l ión qu jrc mayr influncia n l prcs d adsrción d plm s l Ca. Est pdría dbrs a qu l in Ca al psr la misma carga qu l Pb, y al star n mayr cncntración, staría cmpitind n mayr prprción cn l plm, sbr td n l prcs d intrcambi iónic n la suprfici dl carbón activad. El fct cmbinad d tds ls ins s aprcia n l dcrcimint dl prcntaj d rmción d 99,7% hasta 78,41%. Tabla 5. Influncia d ls ins cmptitivs n la rmción d Pb(II) sbr l carbón P1,0/600. Rlación masa d carbón/vlumn d slución = 10mg/50 ml, ph=5. Ins q (mg/g) %R Pb + 9,88 99,70 Pb + yk + 9,6 98,73 Pb + yna + 7,86 9,87 Pb + yca + 6,61 88,70 Pb +,Ca +,K + 3,5 78,41 Para valuar la capacidad d adsrción d Pb(II) prsnt n l flunt, s pusirn n cntact difrnts cantidads dl carbón cn 50 ml dl flunt industrial. La figura 8 mustra ls rsultads d stas prubas. S pud aprciar qu cn una cantidad mínima (30 mg) s lgró rmvr hasta 99,9% dl + plm prsnt n l flunt industrial, aun a psar d la prsncia d trs catins (Ca, Na, K, Mg, Zn ) % rmción Masa carbón/vlumn slución (mg/50ml) Figura 8. Efct d la rlación masa carbón/vlumn d la slución sbr la rmción d Pb(II) cntnid n l flunt industrial. Rv Sc Quím Prú. 76 () 010

13 Adsrción d plm d flunts industrials usand carbns activads cn H PO CONCLUSIONES - S lgró btnr carbns activads cn bunas capacidads adsrbnts d Pb(II), a partir d astillas d ucalipt ( Eucaliptus glbulus Labill) mdiant activación química cnhpo Las cndicins d prparación mpladas n la activación jrcn una marcada influncia sbr la capacidad d adsrción d Pb(II); dichas cndicins furn: razón agnt activant/prcursr = 1,0 y tmpratura d activación = 600 C (P1,0/600). La máxima cantidad d plm adsrbid pr gram d carbón fu d 14,1 mg/g. Ls rsultads btnids indicarn qu cn un cntrl d ls parámtrs d activación s pud lgrar btnr carbns activads cn bunas prpidads adsrbnts. - Ls rsultads d la caractrización indicarn qu s btuv carbns activads cn micr y msprsidad y cn altas áras suprficials (hasta 761 m /g). S idntificó la prsncia d ls grups funcinals hidróxils n la suprfici dl carbón activ (P1,0/600), qu furn ls qu favrcirn la adsrción d Pb(II). - S btuvirn máximas rmcins a un ph igual a 5, l prcs d adsrción s di pr intracción lctrstática intrcambi iónic. El mdl cinétic qu dscrib mjr l prcs d adsrción fu l d psud sgund rdn, l qu indica qu s prduc una quimisrción dl plm sbr l carbón activad. En tant qu, ls dats xprimntals d las istrmas s ajustarn mjr al mdl prpust pr Langmuir, l cual rprsnta una adsrción n mncapa. El studi trmdinámic indicó qu l prcs d adsrción d plm s factibl y spntán. - Cn la mustra P1,0/600 s lgró adsrbr un 99,9% d plm cntnid n flunt industrial l qu l hac muy atractiv para su utilización n la rmción d plm d flunts industrials cntaminads. AGRADECIMIENTOS Ls autrs agradcn la ayuda financira prprcinada a través dl Cncj Nacinal d Cincia y Tcnlgía (CONCYTEC), y l apy brindad pr l Dpartamnt d Cincias - Scción Química d la Pntificia Univrsidad Católica dl Prú, n la ralización d st trabaj d invstigación. Asimism, al Dr. Javir Hrguid, Dra. Pilar Pina y Gmma Gómz d la Univrsidad d Zaragza. BIBLIOGRAFÍA 1. Skar M., Sakthi V., Rngaraj S. Jurnal f Cllid and Intrfac Scinc 004: 79; Kalavathy M.H., Karthikyan T., Rajgpal S., Miranda L.R. Jurnal f Cllid and Intrfas Scinc 005: 9; Sudaryant Y., Hartn S.B., Irawaty W., Hindars H., Ismadji S. Birsurc Tchnlgy 006: 97; Maciá Agull J.A., Mr B.C., Cazrla Amrós D., Linars Slan A. Carbn 004:4; Carrt P.J.M., Ribir Carrtt M.M.L., Mura P.A.M. Jurnal f Analytical and Applid Pyrlysis 006:75; Mhanty K., Jha M., Mikap B.C., Biswas M.N. Industrial Enginring Chmistry Rsarch 005:44; Kadivrlu K., Thamaraislvi C., Namasivayam C. Birsurs Tchnlgy 001:76; 001, Rv Sc Quím Prú. 76 () 010

14 178 Carmncita Lavad Mza, María dl Rsari Sun Ku, Salvadr Bndzú 8. Lavad C., Rcuay N., Bndzú S., García R., Muñz Y., Escalna N. Bltín d la Scidad Química dl Prú 00: 3; Bndzú S., Oyagu J, Rmr A., García. R, Muñz Y., Escalna N. Jurnal f th Chilan Chmical Scity, 005:4; Pralta J., Sun M., Bndzú S. Rvista d la Scidad Química dl Prú 008:74; Khzami L., Chtuani L, B., Tauk B., Capart R. Pwdr Tchnlgy 005: 157; Yussf A.M., El-Nabarawy Th., Samra S.E. Cllids and surfac A: Physicchm. Eng. Aspcts 004:35; PuziyA., Pddubnaya O., MartínzA., Suárz F, Tascn J. Carbn 00: 40; Anp K., Airuddhan T.S. Industrial Enginring Chmistry Rsarch. 00: 41; Gl J., Kadirvlu K., Rajagpal C., Garg V.K. Industrial Enginring Chmistry Rsarch. 005: 44; Issabayva G., Khirddin M., Nik M. Birsurc Tchnlgy 006: 97; Lavad C., Sun M., Bndzú S. Rvista Virtualpr 009: 86, 1. Rv Sc Quím Prú. 76 () 010