Eliminación de metales estratégicos en aguas residuales mediante adsorción con zeolitas naturales

  1. Saez Gonzalez, Patricia
unter der Leitung von:
  1. Jose M. Gomez Martin Doktorvater/Doktormutter
  2. Araceli Rodríguez Rodríguez Doktormutter

Universität der Verteidigung: Universidad Complutense de Madrid

Fecha de defensa: 06 von November von 2020

Gericht:
  1. J. A. Muñoz Sánchez Präsident
  2. Eduardo Díez Alcántara Sekretär
  3. Ana Raquel de la Osa Puebla Vocal
  4. Francisco Ismael Diaz Moreno Vocal
  5. M. Carmen Martos Sánchez Vocal
Fachbereiche:
  1. Ingeniería Química y de Materiales

Art: Dissertation

Zusammenfassung

El agua es un recurso importante, vital para el crecimiento social y económico que en la actualidad está viendo alterada su calidad debido a los efluentes industriales que con frecuencia contienen metales no eliminados por los tratamientos convencionales. Entre estos, se encuentran los denominados metales estratégicos que son aquellos que debido a su escasez y alta demanda, por sus aplicaciones, tienen un alto valor de mercado. Su eliminación de las aguas es prioritaria, pues en altas concentraciones pueden ser perjudiciales para la salud. De entre todas las técnicas existentes para llevar a cabo este objetivo, la adsorción es la seleccionada por sus grandes ventajas. Se propone como adsorbentes el empleo de materiales baratos y abundantes como son las zeolitas naturales. En este marco teórico se enmarca la presente tesis doctoral, en la eliminación de metales estratégicos, más concretamente cobalto y galio, con zeolitas naturales como adsorbentes. Los materiales estudiados en este trabajo son la clinoptilolita y la chabazita, que se han empleado para la eliminación de cobalto y galio. Además para solventar sus problemas de selectividad, se ha sintetizado un nuevo material basado en clinoptilolita/chitosan empleando la técnica del ion impronta con reconocimiento hacia el Co (II). La metodología llevada a cabo durante el trabajo se divide en caracterización de adsorbentes por diferentes técnicas como difracción de rayos X, potencial zeta, termogravimetría¿, ensayos en discontinuo con uno y varios metales en disolución dónde se ensayan cómo afectan las diferentes variables, y ensayos en continuo dónde se evaluaron las curvas de rotura. Los resultados alcanzados en la tesis se han dividido en las siguientes secciones: - Caracterización fisicoquímica: mediante el empleo de diferentes técnicas se ha podido apreciar que la chabazita tiene mejores características físicoquímicas para la eliminación de metales de aguas que la clinoptilolita debido principalmente a su menor relación Si/Al y mayor superficie específica. En cuanto a los materiales preparados por la técnica ion impronta, se ha visto que su síntesis fue correcta en base a los resultados de grado de hinchamiento y espectroscopía infrarroja. - Eliminación de metales divalentes: se ha conseguido una capacidad de adsorción de 0,3 meq·g para la clinoptilolita, 1,4 meq·g para la chabazita y 3,2 meq·g para los materiales híbridos con cavidades, cuando únicamente se encuentra Co (II) en disolución. En el caso de existir varios metales en disolución, la chabazita ha presentado una mayor selectividad hacia el cobre independientemente de su forma iónica inicial mientras que los materiales híbridos con cavidades presentan selectividad específica hacia el cobalto a unas condiciones determinadas de pH y cuando la zeolita ha sido pretratada con HCl. En lo referente a los ensayos en continuo, se ha podido apreciar que la reutilización del material con NaCl es posible y la preconcentración del cobalto es viable. - Eliminación de metales trivalentes: las capacidades de saturación alcanzadas han sido de 0,2 meq·g para la clinoptilolita y 2,5 meq·g para la chabazita cuando únicamente hay galio en la disolución. Cuando en la disolución se encuentran galio e indio, ambas zeolitas tienden a adsorber galio por su mayor electronegatividad. En cuanto a los ensayos en continuo, la reutilización del material no es posible debido al tratamiento ácido agresivo necesario para la desorción de Ga (III). De manera general se ha visto que la adsorción de metales en clinoptilolita es de tipo fisicoquímica, favorecida con la temperatura y con dosis elevadas para la completa eliminación del metal. En cuanto a los ensayos en continuo, se ha concluido que para maximizar el rendimiento de la operación es necesario optimizar la masa y el caudal empleados pues son las dos variables que más peso tienen en los tiempos de rotura.