Adsorción de cromo hexavalente sobre partículas de quitosano en columna de lecho fijo

Abstract

La eficiencia y selección de los tratamientos para lograr disminuir la contaminación de los efluentes líquidos industriales constituye un tema de gran interés. En Argentina estudios sobre aguas residuales reportan que los agentes contaminantes más importantes en los cursos de aguas son hidrocarburos, colorantes, pesticidas, y metales pesados. Los metales constituyen un grupo importante de contaminantes debido a su toxicidad, larga persistencia y no biodegrabildad. Las estrategias para el tratamiento de aguas residuales basadas en la utilización de biopolímeros han despertado gran interés en los últimos años, ya que son ecológicamente compatibles. Biopolímeros como el quitosano (QS) se pueden aplicar para el tratamiento de aguas contaminadas con diversas sustancias. En la provincia del Chubut los exosqueletos residuales de la industria de crustáceos representan varios miles de toneladas anuales, esos exosqueletos son acumulados en basurales generando una problemática ambiental importante para la región. Sin embargo ese residuo contaminante es un material rico en quitina de la cual se obtiene QS. El QS es un biopolímero natural, no tóxico y biocompatible; con un gran número de aplicaciones, entre ellas la capacidad de secuestran iones metálicos. La adsorción es una de las técnicas más empleadas para la remoción de contaminantes dada la simplicidad del diseño y la facilidad de operación. Los estudios de adsorción se pueden realizar por lotes y de forma continua. Las columnas de adsorción de lecho fijo (sistema continuo), a diferencia de los experimentos en sistema batch (discontinuo), no funcionan bajo condiciones de equilibrio debido a que continuamente ingresa a la columna una disolución de alimentación, donde se establece un proceso de transferencia de masa entre una fase móvil que contiene el adsorbible y la fase sólida del lecho adsorbente. Los procesos industriales bajo condiciones continuas de trabajo, proporcionan una aplicación práctica en el tratamiento de aguas residuales. El objetivo del siguiente trabajo fue estudiar el fenómeno de adsorción de metal cromo hexavalente sobre partículas de QS en columna de lecho fijo. El QS se obtuvo de exosqueletos de langostinos patagónicos de acuerdo a la técnica reportada por Dima y col (2015). Sobre una columna de vidrio de 20 cm de alto por 2 cm de diámetro, se realizó, por bombeo, el pasaje continuo de Cr(IV) a pH 4. Se evaluó el efecto de la altura del lecho adsorbente (0.7, 1.5 y 2cm), el flujo volumétrico (3.0 cm3/min y 5.8 cm3/min) y la concentración inicial del cromo (100ppm y 200ppm), sobre el tiempo de ruptura y la capacidad de adsorción del QS. Se aplicaron distintos modelos para describir la dinámica de las columnas de adsorción: BDST (Bed Depth Service Time), Thomas, Yoon-Nelson, y Bohart-Adam. Los modelos presentaron un buen grado de ajuste, con un R ente 0.81-0.98. En todos los casos se observó un mejor ajuste a los valores experimentales cuando se utilizó un caudal más lento y mayor altura de lecho. El modelo de Bohart-Adams fue el que mejor ajustó los datos experimentales de las curvas de ruptura de la columna, supone que la velocidad de adsorcion es proporcional a la capacidad residual del adsorbente y la concentración de la especie que se adsorbe. El modelo de BDTS también mostró un buen ajuste, indicando que la variable altura del lecho es fundamental en la adsorción en continuo y pueden usarse como parámetro en el proceso de escalado.