Operaciones Unitarias II

Eliminación de Cr(VI) de aguas residuales utilizando carbón a base de cascara de coco y carbón activado comercial modificados con agentes oxidantes y/o quitosano.

UNIVERSIDAD DE SONORA

Adolfo de Jesús Rubio Ochoa

29/Octubre/2014

Eliminación de Cr(VI) de aguas residuales utilizando carbón a base de cascara de coco y carbón activado comercial modificados con agentes oxidantes y/o quitosano.

• Autores :

• Sandhya Babel (Indú) • Tonni Agustiono Kurniawan (Tailandés)

• Revista: • Chemosfere vol. 54 (2004) pags. 951-967• Programa de tecnología ambiental, Sirindhorn

International Institute of Technology (SIIT), Universidad Thammasat, Thammasat Rangsit, Tailandia.

Índice• Conceptos generales

• Introducción

• Materiales y métodos

• Resultados y discusiones

• Conclusiones

Conceptos Generales

Cromo

¿Por qué eliminarlo?• El cromo es un metal de los mas altos en la lista

de contaminantes tóxicos según la US EPA (Agencia de protección ambiental estadounidense), encontrándose principalmente en 2 maneras en aguas residuales.

Tipos de cromo en aguas residuales

• Cr(III) (cromo trivalente).• Esta es la forma mas estable del cromo disuelto,

utilizado ampliamente en la industria desde textil hasta en fotografía.

Tipos de cromo en aguas residuales

• Cr(VI) (cromo hexavalente).• Esta es la forma mas inestable del cromo,

ganándose su lugar entre los principales tóxicos ya que puede fácilmente deformar células siendo causante de cáncer, vómitos y hemorragias internas. • Su mayor daño es por inhalación aunque

también por ingestión es muy peligroso.

País de estudio

Tailandia. • Es un país localizado en el sur de Asia, con cerca

de 67 millones de personas.• Siendo parte de los países tropicales cuenta con

la producción principal de frutos como el plátano, mango, el coco y flores como orquídeas

Introducción

Introducción

• Actualmente se encuentran mas de 2 mil plantas electro-plateadoras (baño de plata) en Bangkok, Tailandia.• Alrededor de 1000 m3 de agua residual

contaminada con Cr(III) y Cr(VI) son desechados por estas industrias día con día.• Esta agua rebasa la norma internacional

(0.1mg/lt) en casi 3 veces (0.25mg/lt).

Introducción

Los métodos mas comunes utilizados para la separación de este metal son:

• Precipitación electro-química• Intercambio iónico• Ultrafiltración• Osmosis inversa

Todos ellos generando un alto costo tratándose de solo mantener un residuo.

Introducción

• La Adsorción utilizando carbón activado comercial (CAC) parece ser una alternativa costeable, ya que una pequeña cantidad puede adsorber una gran cantidad de Cr(VI).• Aun así se buscara una manera mas económica

de lidiar con este problema.

Introducción

• Aprovechando el gran desecho de cascara de coco en el país, se estudiará el uso del carbón de cascara de coco (CSC) como fuente adsorbente relativamente a menor costo que el carbón activado comercial (CAC).• Para ayudar al CSC se le tratará con agentes

oxidantes (Ác. Nítrico y Ác. Sulfúrico) así como quitosano para obtener una mayor área de adsorción, de igual manera será con el CAC.

Materiales y Métodos

Materiales• Los materiales utilizados en esta investigación fueron carbón

activado comercial (CAC) y carbón de cáscara de coco (CSC)

Propiedades físicas de ambos materiales CSC y CAC

Métodos

• Oxidación con ácido sulfúrico. • Lavados, se trataron con H2SO4 al 2% (v/v) por

24 horas.• Oxidación con ácido nítrico• Lavados, se trataron con NO3 al 65% (w/v) por

3hrs.• Recubrimiento con quitosano• Inmersos en un gel hecho de ác. acético a 150

rpm por 24 horas.

Métodos

• Isotermas de Langmuir y Freundlich• Mediante estas isotermas se basaron las

correlaciones y estimaciones.• Cr(VI) análisis• El análisis fue realizado por colorimetría.

• Experimentos de tipo Batch• Todos los experimentos en este artículo fueron

realizados en tanques individuales de tipo Batch.

Resultados y Discusiones

Resultados

Los principales parámetros a monitorear del CSC y CAC en esta investigación fueron:

• Efecto de la dosis.• Efecto del pH.• Efecto de la agitación.• Efecto del tiempo de contacto.

Efecto de la dosis (CSC)

• Efecto de la dosis para todos tipos de CSC

Efici

enci

a de

elim

inac

ión

(%)

Dosis de CSC (g/lt)

CSC bruto

CSC tratado con H2SO4

CSC tratado con NO3

CSC tratado con quitosano y H2SO4

CSC tratado con quitosano

Efecto de la dosis (CAC)

• Efecto de la dosis para todos tipos de CAC

Efici

enci

a de

elim

inac

ión

(%)

Dosis de CAC (g/lt)

CAC bruto

CSC tratado con H2SO4

CSC tratado con NO3

Efecto del pH (CSC)• Efecto del pH en las soluciones de Cr(VI)

Efici

enci

a de

elim

inac

ión

(%)

pH en la solución de Cromo

CSC bruto

CSC tratado con H2SO4

CSC tratado con NO3

CSC tratado con quitosano y H2SO4

CSC tratado con quitosano

Efecto del pH (CAC)

• Efecto del pH en la solución de Cromo

Efici

enci

a de

elim

inac

ión

(%)

pH en la solución de Cromo

CAC bruto

CSC tratado con H2SO4

CSC tratado con NO3

Efecto de la velocidad de agitación (CSC)

• Efecto de la velocidad de agitación.

Efici

enci

a de

elim

inac

ión

(%)

Velocidad de agitación (rpm)

CSC bruto

CSC tratado con H2SO4

CSC tratado con NO3

CSC tratado con quitosano y H2SO4

CSC tratado con quitosano

Efecto de la velocidad de agitación (CAC)

• Efecto de la velocidad de agitación.

Velocidad de agitación (rpm)

Efici

enci

a de

elim

inac

ión

(%)

CAC bruto

CSC tratado con H2SO4

CSC tratado con NO3

Efecto del tiempo de contacto (CSC)

• Dependencia de la adsorción de Cr con el tiempo de contacto.

Efici

enci

a de

elim

inac

ión

(%)

Tiempo de contacto (min)

CSC bruto

CSC tratado con H2SO4

CSC tratado con NO3

CSC tratado con quitosano y H2SO4

CSC tratado con quitosano

Efecto del tiempo de contacto (CAC)

• Eficiencia de la adsorción de Cr con el tiempo de contacto.

Tiempo de contacto (min)

Efici

enci

a de

elim

inac

ión

(%)

CAC bruto

CSC tratado con H2SO4

CSC tratado con NO3

$ vs. g de CrCarbón Activado Comercial

(CAC)

• 1.57 • 15.47 • 15.47

Carbón de cascara de coco (CSC)

• 0.34 • 10.88 • 10.88

$𝐶𝐴𝐶$𝐶𝑆𝐶

=1.570.34

=4.61𝑔𝐶𝑟 (𝐶𝐴𝐶 )𝑔𝐶𝑟 (𝐶𝑆𝐶)

=15.4710.88

=1.42

Cr (VI) residual por día• 1000 m3

• 1,000,000 lts.

1,000,000 𝑙𝑡𝑠𝑑𝑖𝑎

=0.25𝑚𝑔𝐶𝑟

1 𝑙𝑡=

1𝑔𝐶𝑟1000𝑚𝑔𝐶𝑟

=25 0𝑔𝐶𝑟1𝑑 í 𝑎

Conclusiones

Conclusiones

• El uso del CSC para remover Cr(VI) parece ser factible, ambientalmente amigable y atractivo económicamente para el tratamiento de aguas residuales.

• El uso de este adsorbente puede disminuir la concentración del metal por debajo de la norma

Conclusiones

• A pesar de ser el (CAC) mas eficiente a la hora de eliminar Cr(VI) de los efluentes de agua, es mucho mas costoso que el otro adsorbente estudiado (CSC).

• La modificación de las superficies de los adsorbentes con el quitosano y/o agentes fuertemente oxidantes, incrementaron significativamente su capacidad de adsorción.

Espacio para dudas.

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