Zeolitas modificadas químicamente: su uso en la remoción de cromo hexavalente de aguas

Abstract

La remoción de cromo hexavalente del agua tiene relevancia debido a los efectos adversos de esta especie química a la salud; incluyendo sus propiedades cancerígenas. Esta especie química tiene aplicaciones en el proceso metalúrgico del ferrocromo, el proceso refractario de ladrillos, en la oxidación de materiales, las industrias del curtido, de los pigmentos y del electroplateado, entre otros. Por otra parte, las zeolitas son minerales pertenecientes al grupo de los silicatos, las cuales, por la disposición de su estructura molecular y su carácter ácido, exhiben características apropiadas para el manejo de los fenómenos superficiales y del intercambio iónico con el fin de remover sustancias de sistemas acuosos o gaseosos, presentando además un bajo costo. La presente investigación se basó eh la hipótesis de que es posible modificar químicamente a las zeolitas naturales y convertirlas en intercambiadores aniónicos eficientes para ser utilizados en la remoción de Cr VI, el cual se encuentra formando iones cargados negativamente en soluciones acuosas; y además es posible la regeneración de las zeolitas una vez que éstas hayan sido saturadas. En el presente trabajo se estudió y evaluó la remoción de cromo hexavalente (Cr VI) de soluciones acuosas utilizando zeolitas modificadas químicamente, así como la regeneración de las zeolitas una vez que éstas se hubieron saturado. Se utilizaron zeolitas naturales provenientes de dos yacimientos distintos, uno de ellos situado en el estado de Sonora, México; y el otro en el estado de Nuevo México, U.S.A.; efectuándose una caracterización preliminar de las mismas. El agente utilizado para la modificación química de las zeolitas fue el cloruro de cetilpiridinio, agregándose una dosificación del mismo en relación a la capacidad de intercambio catiónico externa (CICE) determinada experimentalmente en la zeolita. Primeramente, se realizaron estudios de remoción en régimen intermitente con las dos zeolitas, con la finalidad de determinar, con la ayuda de herramientas de diseño de experimentos, las condiciones de pH y dosificación de cetilpiridinio que proporcionaran el mayor valor de remoción de Cr VI dentro de las condiciones experimentales. Se obtuvo de lo anterior una condición óptima en pH de 5, con una dosificación del agente modificante equivalente al 300% de la CICE. Asimismo, se realizaron pruebas del comportamiento de la adsorción en el equilibrio, bajo las condiciones de pH y cetilpiridinio antes citadas, encontrándose un buen ajuste de los modelos de BET y Langmuir al comportamiento experimental. En base a lo anterior se llevaron a cabo estudios bajo régimen continuo en columnas de adsorción empacadas con la zeolita modificada proveniente de Sonora, ya que esta fue la que presentó mejor adsorción en los estudios intermitentes. Se obtuvieron resultados favorables de remoción en la primera corrida de cada columna, con tiempos de operación en el laboratorio hasta de 50 min. dentro de los límites de la normatividad. Finalmente se efectuaron pruebas de regeneración con la elución de soluciones de ácido sulfúrico y de hidróxido de sodio, dando resultados favorables únicamente el ácido sulfúrico. Se cuantificaron eficiencias totales de regeneración hasta de un 81%, y las columnas se utilizaron para la remoción del cromo durante cuatro ciclos de remoción-regeneración. Durante estos ciclos se presentó un patrón de saturación de la columna, con la consecuente disminución de la eficiencia de regeneración, como era de esperarse. Por otra parte, los tiempos de operación en el laboratorio aumentaron después de la primera regeneración, presentándose en valores hasta de 110 min., disminuyendo conforme se incrementó el número de ciclos. Por lo anterior se concluye que las zeolitas modificadas químicamente representan una alternativa viable en la remoción de Cr VI en soluciones acuosas. La característica de la regeneración de la zeolita una vez saturada permite pensar en la recuperación del cromo de efluentes industriales para su posterior reutilización, lo que brinda la posibilidad del desarrollo de una tecnología que proporcione una minimización efectiva de descargas, sin el inconveniente de depositar el contaminante de un lugar a otro.