Estudio cinético y termodinámico para la sorción de Cr(VI) sobre alga roja: Polysiphonia nigrescens

J.P. ARANGUREN; J. BARRERA; R.A. TACCONE; P.M. COMETTO; S.I. LANE

Rosario

Taller; segundo Taller Argentino de Ciencias del Ambiente; 2012

La velocidad de sorción de un metal en solución acuosa sobre un biomaterial puede ser controlada por varios procesos independientes, que normalmente actúan en conjunto, e involucran fenómenos de transporte y reacciones químicas. Estos procesos de transporte difusivo para el adsorbato son: (i) desde la solución a la interfase que rodea el sorbente, (ii) de la interfase a la superficie de adsorbente y (iii) de la superficie a los sitios internos seguido por la unión de los iones metálicos a los sitios activos. Normalmente, el proceso de transporte desde la solución a la capa que rodea al sorbente y la difusión a través de la capa límite de absorbente se consideran procesos rápidos, por lo que, la difusión intra?partícula y la unión entre el metal y el sitio activo, controlan la cinética del mecanismo de sorción. La dependencia de la temperatura en estos procesos de sorción suele ser importante y está asociada a varios parámetros termodinámicos. Las consideraciones termodinámicas son necesarias para concluir si el mismo es espontáneo o no. En este trabajo se investiga la cinética de sorción de Cr(VI) sobre P. nigrescens a diferentes temperaturas aplicando modelos de pseudo?primer y segundo orden, Elovich y Weber Morris; así mismo, se determinan parámetros termodinámicos como energía de activación, entalpía, entropía y energía libre. Los ensayos se realizaron en batch trabajando en un rango de temperatura de 20 a 60º C con una dosis de alga de 6 g/L sobre la cual se adiciona una solución de 100 mg/L de Cr(VI) a pH 1. La reacción se sigue en el tiempo durante 6 horas. La concentración de Cr(VI) se determina con 1,5?difenilcarbacida y el complejo coloreado se lee a 540 nm. El análisis de los datos mostró que el aumento de la temperatura favorece la sorción de Cr(VI) debido a que se ve favorecida la reducción a Cr(III) sobre la superficie del alga, en este sentido, resulta notable que cuando se trabaja a 60º C, a los 120 min se obtiene una eficiencia de remoción de Cr(VI) de 99,5% y la concentración en el sobrenadante disminuye de 100 a 0,2 mg/L, mientras que la concentración de Cr(III) en solución alcanza los 26 mg/L. La capacidad de sorción aumentó de 5,3 a 16,8 mg/g con el incremento de la temperatura y el tiempo necesario para lograr el equilibrio disminuyó de 360 a 120 min. Los datos cinéticos ajustaron mejor al modelo de pseudo?segundo orden con coeficientes de correlación variando entre 0,93 y 0,99. Este modelo supone que la velocidad de ocupación de los sitios activos es proporcional al cuadrado del número de sitios sin ocupar y el número de sitios ocupados es proporcional a la fracción de los iones metálicos adsorbido. El paso limitante puede ser el proceso de quimisorción que involucra fuerzas de valencia a través del intercambio de electrones entre adsorbente y adsorbato. Existe una relación lineal entre la constante de velocidad de pseudo?segundo orden y la temperatura con un coeficiente de regresión de 0,85. El paso que controla la velocidad en el proceso puede ser caracterizado en parte por su energía de activación. Entonces, debido a que la sorción aumenta con la temperatura, esto implica que la captación es de naturaleza endotérmica. La energía de activación para la sorción de Cr(VI) sobre P. nigrescens es de 17, 7 KJ/mol, como es menor a 22 KJ/mol indica que el modelo de pseudo?segundo orden predice que el proceso controlado por la difusión es significativo. Los valores positivos de entalpía de activación (ΔH*) indican que la activación es endotérmica, la energía libre es no espontánea (ΔG* positivo) y el valor negativo de entropía de activación (ΔS*) sugiere que no ocurren cambios significativos en el estado de activación. El alcance práctico de este estudio es el desarrollo de una tecnología efectiva y económica para la remoción de cromo de soluciones acuosas.