Curva de masas

La masa óptima a utilizar en el proceso de adsorción fue obtenida al realizar la curva de masas.

Para esta experiencia se realizaron pruebas en matraces de 50mL, para cada adsorbente (bentonita, aserrín y mezcla) se hizo nueve puntos de masa, es decir se hicieron pruebas con 0,3g/50mL, 0,6g/50mL, 0,9g/50mL, 1,2g/50mL, 1,5g/50mL, 1,8g/50mL, 2,1g/50mL, 2,4g/50mL y 2,7g/50mL.

71 Se pesó los adsorbentes, y se vertió en los matraces codificados con cada masa, se agregó 50mL de solución de Mn²⁺ de 18 ppm, concentración que tiene las aguas del rio Yauli (ver figura 2.6).

Se colocó cada matraz en el agitador orbital y se procedió a agitar durante 3 horas a 200 RPM (Omri y Benzina 2012) (ver figura 2.7), posteriormente se separó la solución de la parte sólida, para ello se utilizó la centrifuga, cada punto se separó a 4000 RPM por un tiempo de 10 min, en este tiempo la solución se separó por completo de la parte solida (ver figura 2.8).

Realizado esta operación, las soluciones se llevaron a lectura mediante espectroscopia de absorción atómica (AAS), para ver la concentración final de cada punto y el momento en que la adsorción se hace constante.

Con los datos experimentales se realizó una curva masa versus porcentaje de remoción, los porcentajes de adsorción fueron determinados mediante la ecuación

% de adsorción =(C₀− C_e) × 100 C₀

En donde C₀ es la concentración inicial del metal y C_e es la concentración de equilibrio en (mg/L).

Figura 2.6: a) Peso de muestras, b) Muestra con solución Fuente: Elaboración propia

72 Figura 2.7: Agitación de muestras

Fuente: Elaboración propia

Figura 2.8: Centrifugación Fuente: Elaboración propia 2.6.2. Mecanismo de adsorción

Para ver que isoterma rige el proceso de adsorción de los diferentes adsorbentes (bentonita, aserrín y mezcla) se realizaron las isotermas de adsorción, para esto se procedió de la siguiente manera:

Se realizaron pruebas con 6 puntos para cada adsorbente, con concentraciones iniciales (C0) de solución de Mn²⁺ 3, 6, 9, 12, 15 y 18 ppm, se colocaron en matraces de 50mL,

73 se pesó 1 g de cada adsorbente para cada punto y se vertieron en los matraces que contienen las soluciones acuosas de Mn²⁺.

Se colocó cada matraz en el agitador y se procedió a agitar durante 3 horas a 200 rpm (Omri y Benzina 2012) (ver figura 2.9), posteriormente se separó la solución de la parte sólida, para ello se utilizó la centrifuga, cada punto se separó a 4000 RPM por un tiempo de 10 min, tiempo en que se separa la solución de la parte sólida (ver figura 2.10).

Figura 2.9: Agitación de la muestras para las isotermas Fuente Elaboración propia

Figura 2.10: Centrifugación de las muestras para las isotermas Fuente Elaboración propia

Realizada esta operación, las soluciones se llevaron a lectura en AAS, para ver la concentración en equilibrio de cada punto y con los datos se construyó las isotermas.

Posteriormente, y una vez obtenidos los datos experimentales, éstos fueron ajustados por medio de los modelos de Langmuir (Langmuir, 1918) y Freundlich (Freundlich, 1926), modelos más utilizados en el proceso de adsorción, siendo el modelo de Langmuir un modelo teórico y el modelo de Freundlich un modelo empírico (Huerta 2007)

74 2.6.3. Efecto del pH y tipo de adsorbente en la remoción de Mn⁺² de soluciones acuosas

Para encontrar las variables óptimas de la adsorción se analizaron 9 experimentos con dos repeticiones, variando el pH (5, 6,5 y 8), y 3 tipos de adsorbentes (bentonita, arcilla y mezcla de ambos adsorbentes), según el diseño experimental mostrado en la tabla 2.1, obteniéndose un total de 27 experimentos.

Se procedió a pesar 1 g de cada adsorbente y se vertió en 50mL de solución de Mn²⁺

de 18 ppm contenidas en matraces, se midió el pH de cada experimento y se ajustó a los pH mencionados, si tenía pH acido se le agregó gotas de NaOH 0,1 M y si tenía pH básico se le agregó gotas de HCl 0,1 M.

Se colocó cada matraz en el agitador orbital y se procedió a agitar durante 3 horas a 200 RPM (ver figura 2.11), cada 10 minutos se controló el pH empleando el pHmetro, si tenía pH acido se le agregó gotas de NaOH 0,1 M y si tenía pH básico se le agregó gotas de HCl 0,1 M.

Posteriormente se separó la solución de la parte sólida, para ello se utilizó la centrifuga, cada punto se separó a 4400 RPM por un tiempo de 10 min, tiempo en el que se separa la solución de la parte sólida (ver figura 2.12).

Realizada esta operación, las soluciones se llevaron a lectura en AAS, para conocer las concentraciones en equilibrio de Mn²⁺.

Con los datos experimentales se realizaron graficas (pH vs % de adsorción) y (tipo de adsorbente vs % de adsorción).

75 Figura 2.11: Agitación de las pruebas experimentales

Fuente: Elaboración propia

Figura 2.12: Centrifugación de las pruebas experimentales Fuente: Elaboración propia

2.6.4. Remoción de manganeso de las muestras de agua del rio Yauli- Anexo Mahr Túnel La Oroya a 100 Metros aguas abajo de la desembocadura del túnel Kingsmill En este experimento se empleó las variables óptimas obtenidas, se pesó 1 g del adsorbente óptimo y se y colocó en el matraz de 50 mL, se vertió 50 mL de la solución de la muestra de las aguas del rio Yauli- Anexo Mahr Túnel La Oroya a 100 metros aguas abajo de la desembocadura del túnel Kingsmill, que tiene una concentración inicial de 18,41 ppm de Mn²⁺

Se midió el pH del experimento y se ajustó al pH óptimo, si tenía pH ácido se le agregó gotas de NaOH 0,1 M y si era pH básico se le agregó gotas de HCl 0,1 M (ver figura 2.13)

76 Se colocó el matraz en el agitador y se procedió a agitar durante 3 horas a 400 RPM (ver figura 2.14), cada 10 minutos se controló el pH empleando el pHmetro, si tenía pH acido se le agregaba gotas de NaOH 0,1 M y si era pH básico se le agregaba gotas de HCl 0,1 M.

Posteriormente se separó la solución de la parte sólida, para ello se utilizó la centrífuga, cada punto se separó a 4000 RPM por un tiempo de 10 min, momento cuando la solución no contiene sólido alguno (ver figura 2.15).

Realizada esta operación, la solución se llevó a lectura en AAS, para ver cuánto manganeso se removió de las aguas del rio Yauli- Anexo Mahr Túnel La Oroya a 100 metros aguas abajo de la desembocadura del túnel Kingsmill empleando variables óptimas.

Figura 2.13: Control de pH Fuente: Elaboración propia

77 Figura 2.14: Agitación de la muestra del agua del rio Yauli con variables optimas

Fuente: Elaboración propia

Figura 2.15: Centrifugación de la muestra del agua del rio Yauli con variables optimas Fuente elaboración propia

2.7. Tratamiento estadístico

Para conocer la influencia del pH y del tipo de adsorbente en el proceso de adsorción de Mn²⁺ se realizó el análisis ANOVA, lo cual determinó que variable es el más influyente en el proceso mencionado.

Todos los experimentos fueron llevados a cabo en duplicado, presentándose los promedios de los resultados.

78 CAPÍTULO III

TRATAMIENTO DE DATOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 3.1. Caracterización de la muestra de agua del Rio Yauli

En la tabla 3.1 se muestra los resultados del análisis fisicoquímico de la muestra tomada, los parámetros no son permisibles para el uso agrícola según los Estándares Nacionales de Calidad Ambiental para el Agua, DECRETO SUPREMO N° 002-2008- MINAM, en cuanto al pH se muestra un valor de 2,2 debido a que se agregó ácido nítrico Q.P. a la muestra para su conservación, el verdadero valor del pH es de 7,2, valor tomado en el momento del muestreo, la temperatura de la muestra también se tomó al momento del muestreo dándonos un valor de 12 °C.

Tabla 3.1: Resultados del análisis Fisicoquímico de la muestra PARÁMETROS EXPRESADO

COMO

RESULTADOS (mg/L)

Dureza total CaCO3 1250

Dureza cálcica CaCO₃ 630

Alcalinidad total CaCO3 0

Cloruros Cl^- 25

Sulfatos SO₄^-2 509

Potencial de Hidrogeno Ph 2,2

Calcio Ca⁺² 252,3

Magnesio Mg⁺² 150,7

Conductividad µS/cm 36250

Sólidos totales Unidades 16354

Sólidos en suspensión Unidades 54

Solidos disueltos Unidades 16300

Turbidez NTU 3,3

Fuente: Reporte de Análisis de Agua del Laboratorio de Análisis Químico de la UNCP En la tabla 3.2 se puede observar los resultados del análisis por ICP-MS, del laboratorio CERPER, donde nos muestra que la concentración del metal Mn es el que sobrepasa los estándares de calidad ambiental para el tipo de agua de uso agrícola, (0,2 ppm) según

79 los Estándares Nacionales de Calidad Ambiental para el Agua, DECRETO SUPREMO N° 002-2008-MINAM.

A pesar de contar con una planta de tratamiento de aguas ácidas del Túnel Kingsmill, la concentración presente de Mn⁺² en las aguas del rio YAULI es muy alta, 18,41 ppm según los resultados del análisis.

Por otra parte los demás metales presentes en las aguas se encuentran dentro de los estándares de calidad ambiental.

Tabla 3.2: Metales presentes en el Río Yauli Ensayos Resultados mg/L) Litio (LD: 0,00025 mg/L) 0,1487 Cromo (LD: 0,00050 mg/L) 0,00806 Manganeso (LD: 0,00025 mg/L) 18,41 Hierro (LD: 0,0500 mg/L) 0,9207 Cobalto (LD: 0,00030 mg/L) < 0,00030 Níquel (LD: 0,00035 mg/L) 0,00325 Cobre (LD: 0,00030 mg/L) 0,1059 Arsénico (LD: 0,00050 mg/L) 0,00579 Selenio (LD :0,00250 mg/L) < 0,00250 Estroncio (LD: 0,00045 mg/L) 2,412 Molibdeno (LD: 0,00020 mg/L) 0,00641 Plata (LD: 0,00005 mg/L) < 0,00005 Cadmio (LD: 0,00020 mg/L) < 0,00020 Estaño (LD: 0,00025 mg/L) < 0,00025 Antimonio (LD: 0,00020 mg/L) 0,00864 Bario (LD: 0,00015 mg/L) 0,04547 Mercurio (LD: 0,00005 mg/L) < 0,00005 Plomo (LD: 0,00020 mg/L) 0,02353 Uranio (LD:0,00025mg/L) < 0,00005

Fuente: Resultados del Laboratorio CERPER

80 3.2. Caracterización de los adsorbentes

3.2.1. Caracterización Física

En el análisis BET de la bentonita en el laboratorio de Fisicoquímica de la facultad de Ciencias Físicas de la UNI se obtiene un área superficial de 82,8818 m²/g, un volumen de poro de 0,004952 cm³/g y un diámetro de poro de 5,5729 nm.

El área superficial de la bentonita 82,8818 m²/g, está dentro de 80-300 m²/g perteneciente a la Montmorillonita (García 2012).

En el análisis BET del aserrín en el laboratorio de Fisicoquímica de la facultad de Ciencias Físicas de la UNI se obtiene un área superficial de 0,0349 m²/g, un volumen de poro de 0,010073 cm³/g y un diámetro de 13,5171 nm.

Según la IUPAC ambos adsorbentes son mesoporosos por tener poros entre 2 y 50 nm, lo cual indica que presentan un alta capacidad de adsorción (Cortés 2006).

En la tabla 3.3 se puede ver el área superficial, el volumen de poro y tamaño de poro de algunos adsorbentes, se puede ver que el área superficial de la bentonita y el aserrín son pequeños a comparación de estos adsorbentes.

Tabla 3.3: Características Físicas de algunos adsorbentes

Fuente: José Felipe Izquierdo Cinética de las Reacciones Químicas

81 3.2.2. Caracterización Mineralógica

En la figura 3.1 se muestra el difractograma de rayos X de la bentonita, al realizar la comparación del difractograma de la muestra bentonita con los difractogramas de la base de datos ICDD-2007 se identificaron principalmente las fases Sodium Aluminum Silicate 18-Crown-6-Hydrate (Na20(Si76Al20O192).4C12O6H24.22.6H2O) y Silicon Oxide 1-Aminoadamantane (Si₆₄O₁₂₈(C₁₀H₁₇N)₄).

Tabla 3.4: Compuestos de la Bentonita

N° Compuesto Fórmula

1 Sodium Aluminum Silicate 18-Crown-

6-Hydrate (Na20(Si76Al20O192) .4C12O6H24. 22.6H2O) 2 Silicon Oxide 1-Aminoadamantane (Si64O128(C10H17N)4).

Fuente: Reporte del Laboratorio de DRX

Figura 3.1: Difractograma de la BENTONITA

82 3.2.3. Caracterización Química Elemental

Por su parte, el análisis de fluorescencia de rayos X (tabla 3.3) determinó los elementos presentes en la bentonita, ya que los elementos más ligeros que aluminio no se pueden identificar con esta técnica, estarían considerados dentro del porcentaje de Oxigeno y otros.

Los cationes de intercambio son el Na, el K y el Ca.

Tabla 3.3: Resultados del análisis FRX de la Bentonita Elemento % en Masa

Al 26,6

Si 56,1

S 0,005

Cl 0,140

K 0,170

Ca 2,100

Ti 0,100

V 0,009

Cr 0,080

Mn 0,030

Fe 1,760

Ni 0,008

Cu 0,020

Zn 0,013

Sr 0,014

Zr 0,060

Sub-Total

%

87,21 Oxígeno y

otros

12,79 Total % 100,00

Fuente: Reporte del Laboratorio de FRX

Debido a las características de la bentonita, se puede obtener un gran porcentaje de adsorción, es una bentonita sódica.

83 El análisis de fluorescencia de rayos X (tabla 3.4) muestra que los elementos mayoritario en el aserrín se encuentra en Al (9.03%) y Si (5.48%), y como elementos minoritarios Ni (0.009%) y Zn (0.009%) no se detectó Ti, V y Zr.

Los cationes de intercambio al igual que la bentonita son el K y el Ca a excepción del Na.

Tabla 3.4: Resultados del análisis FRX del aserrín

Fuente: Reporte del Laboratorio de FRX 3.2.3. Caracterización por FTIR

En la figura 3.2 se muestra los espectros del análisis por FTIR de la bentonita realizado en el Laboratorio de Análisis Instrumental de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Nacional del Centro Del Perú, se puede ver 12 picos detectados.

Elemento % en Masa

Al 9,03

Si 5,48

S 0,015

Cl 0,085

K 0,052

Ca 0,115

Ti 0,000

V 0,000

Cr 0,009

Mn 0,004

Fe 0,040

Ni 0,009

Cu 0,019

Zn 0,009

Sr 0,003

Zr 0,000

Sub-Total

%

4,87 Oxígeno y

otros

85,13 Total % 100,00

84 3 picos (426,2, 464,8, 522,7) se encuentran en la zona de los Bromuros e Ioduros, los picos 794,6, 846,7 y 918,1 se encuentran asociadas al grupo alquenos con flexión fuera del plano, la banda 1031,8 está asociada a los grupos funcionales Alcoholes, éteres, ésteres ácidos carboxílicos, anhídridos.

Según algunos autores, la presencia tanto de la banda ubicada a 1404,1 cm^-1 como de la banda ubicada a 1627 cm^-1 suele estar asociada a la remoción de metales pesados (Min etal.2004).

La banda ubicada a 1830,3 cm^-1está asociada a anhídridos, y las bandas ubicadas a 3404,1 y a 3616,3 cm^-1 son Tensiones de C-H, O-H y N-H.

85 Figura 3.2: Espectros de la bentonita por FTIR

86 En la figura 3.3 se muestra los espectros del análisis por FTIR del aserrín realizado en el Laboratorio de Análisis Instrumental de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Nacional del Centro del Perú, se puede ver 15 picos detectados.

En el espectrograma FTIR se ve que los picos 3 picos (424,3, 524,6 y 559,3) se encuentran en la zona de los Bromuros e Ioduros, los picos 831,3 y 896,8 se encuentran asociadas al grupo alquenos con flexión fuera del plano, las bandas 1037,86 y 1230,6 están asociadas a los grupos funcionales Alcoholes, éteres, ésteres ácidos carboxílicos, anhídridos.

Según algunos autores, la presencia tanto de la banda ubicada a 1423,4 cm^-1 como de la banda ubicada a 1620,1 cm^-1 suele estar asociada a la remoción de metales pesados (Min etal.2004).

La banda ubicada a 1735,8 cm^-1está asociada a anhídridos, y las bandas ubicadas a 3812,14 y 3357,8 cm^-1 son Tensiones de C-H, O-H y N-H.

87 Figura 3.3: Espectro del aserrín por FTIR

88 En la figura 3.4 se muestra los espectros del análisis por FTIR de la mezcla bentonita- aserrín realizado en el Laboratorio de Análisis Instrumental de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Nacional del Centro del Perú, se puede ver 16 picos detectados.

Siendo los picos más importantes tanto de la banda ubicada a 1423,4 cm^-1 como de la banda ubicada a 1620,1 cm^-1que suelen estar asociada a la remoción de metales pesados (Min etal.2004).

Los demás picos pertenecen a la de la bentonita y al del aserrín.

89 Figura 3.4: Espectro de la mezcla por FTIR

90 3.3. Ensayos Batch

3.3.1. Curva de masas

Las curvas de masas en el proceso de adsorción son muy importantes, debido a que indican que cantidad de adsorbente se empleara en el proceso, lo cual nos permite evitar gastos de adsorbente y una mejor adsorción.

Los resultados de los experimentos para la curva de masas de la bentonita se puede observar en la tabla 3.5.

Tabla 3.5: Datos de curva de masa de la bentonita C0 Mn⁺² (ppm) Masa Bentonita (g) C_e Mn⁺²

(ppm)

% de Adsorción

18 0 0 0

18 0,3 2,16 88,00

18 0,6 1,26 93,00

18 0,9 0,66 96,33

18 1,2 0,64 96,44

18 1,5 0,63 96,50

18 1,8 0,63 96,50

18 2,1 0,63 96,50

18 2,4 0,63 96,50

18 2,7 0,63 96,50

Con estos datos se construye la curva de masa para la bentonita.

Figura 3.5: Curva de masas de la bentonita Fuente: Elaboración propia

100 2030 4050 6070 8090 100

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

% de Adsorción

masa (g)

Masa vs % de Adsorción

MASA vs % de AdosrciónAdsorción

91 En la figura 3.5 se puede observar que a partir de la masa 0,9 g el porcentaje de adsorción se hace casi constante, por lo que es el punto máximo de Adsorción, con el fin de ahorrar adsorbente.

Los resultados de los experimentos para la curva de masas del aserrín se puede observar en la tabla 3.6.

Tabla 3.6: Datos de curva de masa del aserrín C0 Mn⁺² (ppm) Masa Aserrín (g) C_e Mn⁺²

(ppm)

% de Adsorción

18 0 0 0

18 0,3 7,65 57,50

18 0,6 4,78 73,44

18 0,9 2,56 85,78

18 1,2 2,40 86,67

18 1,5 2,39 86,72

18 1,8 2,39 86,72

18 2,1 2,39 86,72

18 2,4 2,39 86,72

18 2,7 2,40 86,67

Con estos datos se construye la curva de masa para el aserrín.

Figura 3.6: Curva de masas del aserrín Fuente: Elaboración propia

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0.00 1.00 2.00 3.00

% de Adsorción

Masa (g)

Masa VS % de Adsorción

Masa VS % de Adsorción

92 En la figura 3.6 se puede observar que a partir de la masa 1,2 g el porcentaje de adsorción se hace constante, por lo que es el punto máximo de adsorción.

Los resultados de los experimentos para la curva de masas de la mezcla (bentonita-aserrín) relación de 1:1 se puede observar en la tabla 3.7.

Tabla 3.7: Datos de curva de masa de la mezcla (bentonita-aserrín) C₀ Mn⁺² (ppm) Masa Mezcla (g) Ce Mn⁺²

(ppm)

% de Adsorción

18 0 0 0

18 0,3 8,88 50,67

18 0,6 5,84 67,56

18 0,9 3,03 83,17

18 1,2 2,90 83,89

18 1,5 2,88 84,00

18 1,8 2,87 84,06

18 2,1 2,87 84,06

18 2,4 2,86 84,11

18 2,7 2,86 84,11

Con estos datos se construye la curva de masa para la mezcla.

Figura 3.7: Curva de masas de la mezcla (bentonita-aserrín) Fuente: Elaboración propia

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0.00 1.00 2.00 3.00

% de Adsorción

Masa (g)

Masa vs % de Adsorción

Masa vs % de Adsorción

93 En la figura 3.7 se puede observar que a partir de la masa 0,9 g el porcentaje de Adsorción se hace constante, por lo que es el punto máximo de adsorción.

Como los puntos máximos de la bentonita y de la mezcla son iguales 0,9, pero difieren del punto máximo del aserrín 1,2, se trabajará con una masa constante promedio de 1 g en los siguientes experimentos.

Figura 3.8: Curva de masas de los adsorbentes 3.3.2. Mecanismo de adsorción

Los mecanismos de adsorción son de vital importancia en el diseño de sistemas de adsorción, debido a que indican qué cantidad hay de iones metálicos y cómo estos se encuentran particionados entre el adsorbente y la fase líquida. Cuando el ión metálico se pone en contacto con el adsorbente, la concentración del metal en la superficie se comienza a incrementar hasta que se alcanza un equilibrio dinámico, es en este punto que la distribución del ion metálico entre las fases sólida y líquida se encuentra claramente definida.

0 20 40 60 80 100 120

0.00 1.00 2.00 3.00

% de Adsorción

Masa (g)

Masa vs % de Adsorción

bentonita aserrín mezcla

94 Tabla 3.8: Datos de isoterma de la bentonita

C0 Mn⁺² (ppm) Ce Mn⁺² (ppm) x/m (mg/g)

0 0 0

3 0.06 0.147

6 0.1 0.295

9 0.18 0.441

12 0.31 0.585

15 0.42 0.729

18 0.65 0.863

Con los puntos de la tabla 3.8 se construyó la isoterma de la bentonita.

Figura 3.9: Isoterma de la bentonita

Empleando la ecuación 1.4 se hizo un ajuste a la isoterma de Langmuir 𝐶_𝑒

𝑥 𝑚

= 1 𝑏𝑄₀+𝐶_𝑒

𝑄₀ 0

0.2 0.4 0.6 0.8 1

0 0.2 0.4 0.6 0.8

x/m(mg/g)

Ce(ppm)

Series1

95 Figura 3.10: Ajuste de la isoterma de la bentonita a la de Langmuir

Dónde:

𝑄₀ = 1.0393 𝑚𝑔/𝑔

b = 5.3447 L/mg

Empleando la ecuación 2.6 haremos un ajuste a la isoterma de Freundlich

𝑙𝑜𝑔 𝑥

𝑚 = 𝑙𝑜𝑔𝐾

_𝑓

+ 1

𝑛 𝑙𝑜𝑔𝐶

_𝑒

Figura 3.11: Ajuste de la isoterma de la bentonita a la de Freundlich

y = 0.9622x + 0.1768 R² = 0.8631

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

0 0.2 0.4 0.6 0.8

Ce/(x/m)(mg/L)

Ce(ppm)

Series1 Lineal (Series1)

y = 2.7004x + 0.228 R² = 0.9758

-1.6 -1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0

-0.6 -0.4 -0.2 0

log (x/m)

Ce

Series1 Lineal (Series1)

96 Dónde:

𝐾_𝑓=1.6904

,

el modelo matemàtico de la bentonita es:

_𝑚^𝑥 = 1.6904𝐶_𝐸^1/0.3703 n = 0.3703

Tabla 3.9: Datos de isoterma del aserrín C0 Mn⁺²

(ppm) C_e Mn⁺² (ppm) x/m (mg/g)

0 0 0

3 0,46 0,13

6 1,55 0,22

9 2,93 0,30

12 4,80 0,36

15 6,50 0,43

18 9,20 0,44

Con los datos de la tabla 3.9 se graficó la isoterma del Aserrín

Figura 3.12: Isoterma del aserrín

Empleando la ecuación 2.4 haremos un ajuste a la isoterma de Langmuir 𝐶_𝑒

𝑥 𝑚

= 1 𝑏𝑄₀+𝐶_𝑒

𝑄₀ 0

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5

0 2 4 6 8 10

x/M (mg/g)

Ce (ppm)

Isoterma del Aserrín

97 Figura 3.13: Ajuste de la isoterma del aserrín a la de Langmuir

Dónde:

𝑄₀ = 0.4805 𝑚𝑔/𝑔

b = 0.8656L/mg

Empleando la ecuación 2.6 haremos un ajuste a la isoterma de Freundlich

𝑙𝑜𝑔 𝑥

𝑚 = 𝑙𝑜𝑔𝐾

_𝑓

+ 1

𝑛 𝑙𝑜𝑔𝐶

_𝑒

Figura 3.14: Ajuste de la isoterma del aserrín a la de Freundlich

y = 2.0813x + 2.4044 R² = 0.9654

0 5 10 15 20 25

0 2 4 6 8 10

(Ce/(x/m))(g/L)

Ce(mg/L)

Ajuste de la isoterma del aserrín a la de Langmuir

Series1 Lineal (Series1)

y = 2.3074x + 1.7084 R² = 0.9909

-0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

-1 -0.5 0

log x/m

log Ce

Series1 Lineal (Series1)

98 Dónde:

𝐾_𝑓= 51.0975

,

el modelo matemàtico del aserrin es:

_𝑚^𝑥 = 51.0975𝐶_𝐸^1/0.4334 n = 0.4334

Tabla 3.10: Datos de isoterma de la mezcla C₀ Mn⁺² (ppm) Ce Mn⁺²

(ppm) x/m (mg/g)

0 0 0

3 0.08 0.146

6 0.2 0.29

9 0.42 0.429

12 0.74 0.563

15 0.99 0.7005

18 1.41 0.8295

Con los puntos experimentales de la tabla 3.10 se construyó la isoterma de la mezcla de ambos adsorbentes.

Figura 3.15: Isoterma de la Mezcla

Empleando la ecuación 2.4 haremos un ajuste a la isoterma de Langmuir 𝐶_𝑒

𝑥 𝑚

= 1 𝑏𝑄₀+𝐶_𝑒

𝑄₀ 0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

0 0.5 1 1.5

x/M (mg/g)

Ce (ppm)

Isoterma de la Mezcla

99 Figura 3.16: Ajuste de la isoterma de la mezcla a la de Langmuir

Dónde:

𝑄₀ = 0.9506 𝑚𝑔/𝑔

b = 2.8273L/mg

Empleando la ecuación 2.6 haremos un ajuste a la isoterma de Freundlich

𝑙𝑜𝑔 𝑥

𝑚 = 𝑙𝑜𝑔𝐾

_𝑓

+ 1

𝑛 𝑙𝑜𝑔𝐶

_𝑒

Figura 3.17: Ajuste de isoterma de la mezcla a la de Freundlich

y = 1.0519x + 0.3721 R² = 0.8841

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

0 0.5 1 1.5

(Ce/(x/m))(g/L)

Ce (mg/g)

Series1 Lineal (Series1)

y = 1.673x + 0.2609 R² = 0.9935

-1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0

log(x/m)

logCe

Series1 Lineal (Series1)

100 Dónde:

𝐾_𝑓= 1.8235

,

el modelo matemàtico de la mezcla es:

_𝑚^𝑥 = 1.8235𝐶_𝐸^1/0.5977 n = 0.5977

Tabla 3.11: Parámetros de Langmuir y Freudlich

Adsorbente Langmuir Freundlich

Q0 (mg/g) b (L/mg) R² Kf n R²

Bentonita 1,039 5,345 0,8631 1,690 0,370 0,9758 Aserrín 0,4805 0,8656 0,9654 51,098 0,4334 0,9909 Mezcla 0,9506 28,273 0,8841 1,824 0,598 0,9935

Fuente: Elaboración propia

En la tabla 3.11 se muestra los coeficientes de correlación R² de Langmuir y Freundlich de los tres adsorbentes, se puede ver que en los tres casos la isoterma que mejor se ajusta al proceso es la de Freundlich, por tener un coeficiente de correlación más cercano a 1, esto explica que la isoterma de Freundlich es un modelo empírico y la adsorción es en multicapas por eso el gran porcentaje de adsorción.

3.3.3. Efecto del pH y tipo de Adsorbente en la remoción de Mn⁺² de soluciones acuosas

En la siguiente tabla 3.12 se muestra los resultados de remoción de los experimentos realizados para encontrar las variables óptimas.

Tabla 3.12: Resultado del diseño experimental

pH Adsorbente C₀(ppm) C_e(ppm) C_e. 1 C_e. 2 % Rem. %Rem.1 %Rem.2 5

M-1 18 0.98 0.95 0.99 94.56 94.72 94.50

M-2 18 4.1 4.08 4.25 77.22 77.33 76.39

M-3 18 1.5 1.51 1.48 91.67 91.61 91.78

6.5

M-1 18 0.95 0.95 0.9 94.72 94.72 95.00

M-2 18 2.6 2.6 2.57 85.56 85.56 85.72

M-3 18 2.1 2.07 2.09 88.33 88.50 88.39

8

M-1 18 0.8 0.85 0.83 95.56 95.28 95.39

M-2 18 3.7 3.72 3.68 79.44 79.33 79.56

M-3 18 1.4 1.22 1.25 92.22 93.22 93.06

Fuente: Elaboración propia

In document universidad nacional del centro del perú (página 70-78)