Uso de un composite preparado con quitosano y zeolita en el tratamiento de un efluente acuoso: diseño de una columna de adsorción de lecho fijo.

Título

Uso de un composite preparado con quitosano y zeolita en el tratamiento de un efluente acuoso: diseño de una columna de adsorción de lecho fijo.

Colaborador

Agaliotis, Eliana
Debandi, Valeria

Editor

Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería

Fecha

2023-07-07

Extensión

179 p.

Resumen

La contaminación debido a colorantes en agua y efluentes es un tema de preocupación mundial. Su presencia presenta numerosos efectos adversos por su elevada toxicidad y la disminución de la penetración de rayos solares en cuerpos de agua, inhibiendo así la fotosíntesis y disminuyendo el oxígeno disuelto en ellos. Por estas razones, resulta de suma importancia el tratamiento de estos antes de ser vertidos en aguas residuales. Dentro de los procesos de tratamiento, la adsorción es una técnica que posee ventajas económicas y operativas debido a la posibilidad de regenerar el material adsorbente y a la utilización de equipos de diseño y operación sencillos. Entre los materiales que se utilizan tradicionalmente como adsorbentes se encuentra el carbón activado, el cual brinda un buen desempeño, pero presenta como desventajas su elevado costo y la dificultad para su disposición final. Actualmente, existen estudios orientados a encontrar materiales alternativos preparados a partir de biopolímeros. Entre ellos, el quitosano aparece como una excelente opción frente a los tradicionales debido a su bajo costo, su biodegradabilidad, su capacidad de regeneración, la versatilidad para prepararlo en distintas presentaciones y su capacidad de adsorción total. Sin embargo, escasos trabajos evalúan el comportamiento de materiales compuestos basados en biopolímeros en procesos continuos de adsorción enfocados a la industria. El objetivo de este trabajo es estudiar la efectividad como adsorbente del quitosano y de un material compuesto preparado a partir de este y zeolita analizando resultados experimentales ya obtenidos en el laboratorio en dos condiciones de operación: continua y discontinua. El adsorbato utilizado fue azul de metileno, un colorante modelo, disuelto en agua. La zeolita agregada a una red polimérica de quitosano incrementa la capacidad de adsorción del material a la vez que aumenta el tamaño de poro y la resistencia mecánica, contribuyendo así a la aplicabilidad de éste como relleno de columnas de adsorción de lecho fijo. El estudio de la capacidad adsorbente de los materiales propuestos fue evaluado a partir de un análisis cinético. Los modelos aplicados fueron: Pseudo primer orden, Pseudo segundo orden, Elovich y Weber & Morris. Los resultados indicaron que Elovich es el modelo de ajuste que mejor predice la capacidad de adsorción en función del tiempo de contacto para el uso de quitosano como adsorbente como así también para el composite quitosano-zeolita. Asimismo, se evaluaron las isotermas de adsorción a partir de los modelos de Freundlich, Langmuir, Redlich Peterson y Sips. Considerando únicamente los modelos de dos parámetros (Langmuir y Freundlich), se encontró que Langmuir es el que mejor se ajusta. Entre todos ellos, la isoterma de Sips brindó el mejor ajuste para ambos adsorbentes estudiados. A partir de los resultados experimentales en modo continuo, se construyeron curvas de ruptura que permitieron obtener parámetros de desempeño de los materiales adsorbentes, como la capacidad total de adsorción (qtotal), la capacidad de adsorción en equilibrio (qe), el porcentaje de remoción del colorante, el tiempo de ruptura y la altura de lecho no utilizada (LUB). Estos parámetros permitieron analizar las variables de operación, como la altura de relleno y el caudal, así como el efecto del agregado de zeolita. Además, se ajustaron las curvas de ruptura en su parte inicial y completa con seis modelos: BDST, Thomas, Yoon Nelson, Clark, Adams Bohart y Wolboroska. Entre ellos, el modelo de Adams Bohart, equivalente al de Wolboroska, no resultó válido para la predicción de la parte inicial de las curvas de ruptura. Por otro lado, se recomendó el uso de los modelos de BDST, Thomas y Yoon Nelson para las curvas completas. La columna de adsorción de la experiencia en modo continuo que tuvo el mejor desempeño del material fue escalada, de manera teórica, con un factor de 1:10. Se mantuvo constante el factor de porosidad y la velocidad superficial para mantener el fenómeno de transferencia de masa observado en el laboratorio. Esto permitió obtener el caudal y la concentración de entrada que admitiría la columna escalada. Los resultados de los análisis cinéticos y de las isotermas de adsorción permitieron concluir que el paso controlante del mecanismo de adsorción es la reacción química (quimisorción) y que la superficie del material es fuertemente heterogénea. Esto fue validado a partir de los resultados de ajuste por modelos de curvas de ruptura. Los resultados obtenidos en este trabajo permitieron proponer el uso de un composite de quitosano – zeolita como un adsorbente atractivo y novedoso para el tratamiento de efluentes coloreados desde una perspectiva operacional, económica y medioambiental.