Caracterización física y química del sorbente ceniza de bagazo de caña y su utilización en la eliminación de iones Cromo(III)

Abstract

En este trabajo, la adsorción de los iones Cr3+ en ceniza de bagazo de caña fue estudiada a fin de caracterizar el proceso de adsorción, enfatizando en la determinación de parámetros cinéticos y termodinámicos. En la evaluación del área superficial y de la porosidad del material, los resultados obtenidos fueron: área superficial S1 = 0.049 m2/g y S2 = 0.059 m2/g, volumen de poros V1 = 1.11x10-8 cm3/g y V2 = 3.7x10-9 cm3/g radio medio de poros r1= 4.56x10-7 m y r2 = 3.78x10-7, que justifican las buenas propiedades de adsorción de la ceniza de bagazo de caña. El volumen de solución utilizado en el estudio cinético fue de 2 ml y la masa de ceniza empleada fue de 0,02 g. En el estudio de la cinética de adsorción, los resultados presentan un mejor ajuste al modelo de pseudosegundo orden. En el estudio de equilibrio termodinámico, los resultados muestran mejor ajuste a los dados por la ecuación de Langmuir. La elevación en la temperatura del sistema provoca disminución en la cantidad adsorbida y también en el tiempo para el sistema alcanzar el equilibrio. Los valores de las constantes de velocidad de pseudosegundo orden disminuirán y el tiempo de vida media aumentará con el aumento de la temperatura. La Ea = 11.043 kJ/mol demostró que el proceso es de naturaleza física. Los parámetros de activación obtenidos a partir del gráfico de Eyring fueron: ΔH* = -2.05x10-3 kJ/mol, ΔS* = -7.5x10- 4 kJ/mol y ΔG* = 0.21 kJ/mol (10 ºC), ΔG* = 0.221 kJ/mol (25 °C) y ΔG* = 0.2477 kJ/mol (60 ºC). Los parámetros termodinámicos ΔH°ads = -4.157x10-4 kJ/mol, ΔS°ads = - 18.4x10-3 J/K*mol y ΔG°ads = 5.39 kJ/mol (20 ºC), 5.75 kJ/mol (40 °C) y 6.13 kJ/mol (60 ºC), indican que el proceso es de naturaleza exotérmica y favorable. En el estudio de adsorción en condiciones dinámicas los resultados muestran que existe un buen aprovechamiento de la altura de la zona de transferencia de masa para las columnas de altura de cama de 5 y 7.5 cm, los valores son: h0 = 4.74x10-2 m y h0 = 5.0x10-2 m. También se obtiene que la masa transferida es de M1 = 110.25 para la columna de 5 cm de altura y M2 = 165.38 mg para la columna de 7.5 cm.In this work, the adsorption of cane bagasse ash the Cr3+ ions, studied to characterize the adsorption process, emphasizing in the determination of kinetic and thermodynamic parameters. In the evaluation of the superficial area and the porosity of the material, the obtained results were: superficial area S1 = 0,049 m2/g and S2 = 0,059 m2/g, volume of pores V1 = 1.11x10-8 cm3/g and V2 = 3.7x10-9 cm3/g, average pore radio r1= 4.56x10-7 m and r2 = 3.78x10-7 m, that the good properties of adsorption of the cane bagasse ash justify. The volume of solution used in the kinetic study was of 2 ml and the mass of ash used was of 0.02 g. In the study of the kinetic of adsorption, the results present a better adjustment to the model of pseudosecond order. In the study of thermodynamic balance, the results show better adjustment the model of Langmuir. The elevation in the temperature of the system also brings about diminution in the adsorbed amount and in the time the system to reach the balance. The values of the velocity constants of pseudosecond order will fall and the time of average life will increase with the increase of the temperature. The Ea = 11.043 kJ/mol demonstrated that the process is of physical nature. The obtained parameters of activation from the graph of Eyring were: ΔH* = - 2.05x10-3 kJ/mol, ΔS* = -7.5x10-4 kJ/mol and ΔG* = 0.21 kJ/mol (10 ºC), ΔG* = 0.221 kJ/mol (25 °C) and ΔG* = 0.2477 kJ/mol (60 ºC). The thermodynamic parameters ΔH°ads = -4.157x10-4 kJ/mol, ΔS°ads = -18.4x10-3 J/K*mol and ΔG°ads = 5.39 kJ/mol (20 ºC), 5.75 kJ/mol (40 °C) and 6.13 kJ/mol (60 ºC), indicate that the process is of exothermic and favorable nature. In the study of adsorption in dynamic conditions the results show that a good advantage of the height of the zone of mass transfer for the columns of height of bed of 5 and 7.5 cm exists, the S-values: h0 = 4.74x10-2 m and h0 = 5.0x10-2 m. Also is obtained that the transferred mass is of M1 = 110.25 mgs for the column of 5 cm of height and M2 = 165.38 mgs for the column of 7.5 cm.