Estudio de la Remoción de Cromo sobre una Arcilla Tipo Bentonita

Abstract

Algunas aguas residuales de la industria metalmecánica tienen en su composición altos contenidos de metales pesados, los cuales son perjudiciales para los ecosistemas y la salud humana, entre ellos el cromo. En solución acuosa este metal se encuentra principalmente como Cr(III) y Cr(VI) y la distribución de sus especies es dependiente del pH del medio, siendo el Cr(VI) la especie más nociva para la salud. En este trabajo se estudió el comportamiento de la adsorción de Cr(III) sobre bentonita sódica (Bent-Na) y Cr(VI) sobre Bent-Na modificada con hexadeciltrimetilamonio bromuro (Bent-HDTMA). Bent-Na y Bent-HDTMA fueron químicamente (RAX, COT, CIC, FT-IR) estructuralmente (DRX) y texturalmente (isoterma de desorción-adsorción de N2 a 77K) caracterizados. La adsorción se realizó en un proceso tipo batch. En los ensayos preliminares se evaluó el efecto del pH, masa de adsorbente, velocidad de agitación, tiempo de contacto, para las dos especies. Se planteó un diseño experimental 3. 2, teniendo como factores el pH y la cantidad de adsorbente, para obtener las condiciones óptimas del proceso. A estas condiciones se realizaron los estudios de equilibrio y los ensayos de adsorción en muestras de agua residual provenientes de la industria de recubrimientos electrolíticos. El análisis de las variables en el proceso de adsorción de Cr(III) y Cr(VI) mostró que los principales parámetros que afectaron el sistema fueron el pH y la masa de adsorbente para las dos especies, tiempo de contacto de 1h y 2.5 h y velocidad de agitación por encima de 150 rpm y 200 rpm para el Cr(III) y Cr(IV) respectivamente, no tuvieron un efecto considerable sobre en el proceso de adsorción. Los resultados ANOVA indicaron que el pH y la cantidad de adsorbente fueron significativos, y los datos se ajustaron a un modelo de segundo orden. Con la optimización matemática del modelo se determinó que las condiciones a las cuales se tuvo la máxima remoción para el Cr(III) fueron pH 3.49 y masa de adsorbente 0.96 g y para el Cr(VI) pH 3.39 y masa de adsorbente de 0.44 g. Para una disolución acuosa preparada de 50 mg/L de cromo se tuvieron remociones del 99,47% de Cr(III) y del 93.45% de Cr(VI). Los modelos de equilibrio que mejor representaron el sistema para las tres temperaturas evaluadas (25, 30 y 35°C) fueron el de Langmuir y el RedlichPeterson. Los resultados de ensayos de desorción mostraron que después de 180 minutos, el Cr(III) desorbe un 0.24% y el Cr(VI) un 4.19%. Con los ensayos de adsorción realizados en las muestras de aguas residuales se obtuvieron remociones de cromo total por encima del 94%

Abstract Industrial wastewater from metal-mechanic sector have high contents of heavy metals, which are harmful to ecosystems and human health, including chromium in their composition. In wastewater this metal is found mainly as Cr(III) and Cr(VI), their species distribution depend of the pH solution, being Cr(VI) the most dangerous for human health. In this work the adsorption behaviour of Cr(III) on a sodium bentonite (Na-Bent) and Cr(VI) on an organic bentonite (HDTMA-Bent) modified with hexadecyltrimethylammonium bromide were studied. Na-Bent and HDTMA-Bent were chemically (RAX, TOC, CIC, FT-IR) structurally (RDX) and textural (desorption-adsorption isotherm of N2 to 77K) characterized. The adsorptions were made in a batch process. Initially tests evaluated the pH effect, adsorbent amount, stirring speed and contact time for both species. A factorial experiment (32) was proposed with 2 factor (pH and adsorbent amount) and 3 levels per factor to obtain the process optimal conditions. Equilibrium studies and adsorption tests on the wastewater samples from the electrolytic coatings industry were carried out on these conditions (optimal). Factor analysis in the Cr(III) and Cr (VI) adsorption process showed that the main parameters affecting the system were pH and adsorbent mass for both species. The contact time of 1 h and 2.5 h and stirring speed over 150 rpm Cr (III)and 200 rpm Cr (VI) did not have a significant effect upon the adsorption process. ANOVA results indicated that pH and adsorbent amount were significant and the data were adjusted to a second order model. The mathematical optimization model determined that the conditions to get a maximum removal of Cr (III) were pH 3.49 and adsorbent mass 0.96 g (Na-Bent); and for Cr (VI) a pH 3.39 and adsorbent mass of 0.44 g (HDTMA-Bent) were required. 99,47% of Cr (III) and 93.45% Cr (VI) were removed from a 50 mg/L aqueous solution (wastewater). Langmuir and Redlich-Peterson were the best equilibrium models that represented the system to the three evaluated temperatures (25, 30, and 35 ° C). The desorption test results showed that after 180 minutes, the Cr(III) desorbed a 0.24% and the Cr (VI) a 4.19%. Above 94% of total chromium was removed from wastewater with adsorption tests