1. Universidad de Sonora
Departamento de Ingeniería Química y
Metalurgia
Desfluorización de agua por
semilla de tamarindo
- Aparicio Mercado Luis Fernando
- Operaciones Unitarias II
- 8vo Semestre
-Profesor: Marco Antonio Núñez Esquer
26de abril del 20148
2. Estudio sobre
desfluorización de agua
por semilla de
tamarindo,
un biosorbente no
convencional
• Revista: Journal water and
Health
• Año: 2006
• Paginas: 453-461
3. Índice
• 1 INTRODUCCIÓN
• MATERIALES
• ESTUDIO POR LOTES
• ESTUDIO DE COLUMNA
• RESULTADOS Y DISCUSION
• EFECTOS DEL pH
• EFECTO DEL TIEMPO DE AGITACION Y DE CONCENTRACIÓN
• EFECTO DE LA TEMPERATURA
• EFECTO DEL TAMAÑO DE PARTICULA Y LA DOSIFICACIÓN
• DINAMICA DE SORCIÓN
• ISTERMA DE ADSORCIÓN
• ESTUDIO DE MUESTRA DE AGUA POTABLE EN EL CAMPO
• ESTUDIO DE DESORCIÓN
• MECANISMO DE SORCIÓN DE FLUORURO EN SEMILLA DE TAMARINDO
• CONLUSIONES
4. Introducción
• Se sabe que el flúor es un contaminante natural para los recursos de
agua subterránea en todo el mundo, el agua subterránea es una de
las fuente principales que satisfacen las necesidades de millones de
hogares en el mundo.
• El consumo excesivo de flúor pone en riesgo la salud. Por lo tanto, la
eliminación del flúor del agua potable es de importancia y priorizada
por los químicos, los ambientalistas y los ingenieros de salud pública.
5. Materiales
• La semilla de tamarindo utilizada en este estudio fue
recolectada de la cocina como material de desecho.
Se remojó en agua durante una hora para eliminar la
pulpa adherida, se lavó bien con agua corriente y
luego con agua destilada, se secó en un horno a
110°C durante una hora, se micronizó en un molino
de harina y se tamizó para obtener partículas de
tamaños 75, 150 y 300 mallas ASTM.
6. Materiales
• El material en polvo se sometió a diversos
parámetros físico-químicos y se usó para sorción.
Se preparó una solución sintética de fluoruro a
partir de fluoruro de sodio de grado reactivo
analítico (Fluka, Suiza) y se almacenó en botellas
de polietileno. El pH de la solución se ajustó al
nivel requerido, utilizando soluciones de HCl (0,1
mol / l21) y NaOH (0,1 mol / l21).
7. Estudio por
lotes
• Se llevaron a cabo experimentos de absorción de lotes
para diferentes variables experimentales agitando 0,1 g
del sorbente con 50 ml de solución de fluoruro sintético
en botellas de polietileno de 100 ml con un agitador de
agua con temperatura controlada.
• Al final de los intervalos de tiempo predeterminados, los
contenidos se centrifugaron y el sobrenadante se
analizó para la búsqueda de fluoruro por medio de
espectrofotometría
8. Estudio de columna
Se envasaron 5 g de
polvo de semilla de
tamarindo en una
columna de vidrio
1
La solución de fluoruro
sintético se introdujo en
la columna a una
velocidad de 2 ml / min
Los efluentes se
recogieron a intervalos
regulares de tiempo y
se analizaron.
9. Estudio de columna
El flujo de
la columna finalizó cuando la re
lación entre el efluente y
las concentraciones de fluoruro
influyentes alcanzó un valor de
0,8.
Después de la saturación de
la columna, el
ion fluoruro adsorbido se eluyó
con 0,1 mol de HCl 21.
Los estudios de desorción se
llevaron a cabo agitando 100
mg de semilla de Tamarindo
cargada con flúor en 50 ml de
0.1 mol de HCl 21 l durante
un período de 2 h.
10. Resultados y
discusiones
• Las características de la
superficie lo hacen
adecuado para la
desfluorización por sorción.
Tabla 1|Características del biosorbente de semilla de
tamarindo
11. Efecto del pH
• El efecto del pH sobre la
eliminación de iones flúor
en dos concentraciones
iniciales diferentes de 40 y
50 mg / l se muestra en la
Figura 1.
Figura 1 Sorción de fluor en semilla de tamarindo en funcion del pH
12. Efecto del tiempo de
agitación y la concentración
inicial de iones fluoruro
• La figura 2 muestra el perfil de
sorción, que indica claramente que
el proceso de sorción alcanza el
equilibrio en menos de 60 minutos.
Figura 2| Efecto de tiempo de agitación y concentración
inicial en la sorción del flúor
13. Efecto de la temperatura
• Como se muestra en la Figura 3, el
aumento de la temperatura disminuye
el porcentaje de sorción. Esto puede
deberse al debilitamiento de
lasn fuerzas de adsorción entre la
semilla de tamarindo y el ion fluoruro
(Ajmal 1998).
Figura 3| Efecto de la temperatura en la sorción
de flúor
14. Efecto del tamaño de
partícula y la
dosificación de sorbente
• El efecto del tamaño de
partícula sobre la sorción de
fluoruro se representa en la
Figura 4. El aumento en el
tamaño de partícula de 75 a
300 micras reduce el nivel de
sorción del 92.1 al 38.4 por
ciento.
Figura 4| Efecto del tamaño de partícula en la sorción
de flúor
15. Efecto del
tamaño de
partícula y la
dosificación
de sorbente
• La rotura de partículas más grandes tiende a
abrir pequeñas grietas y canales en la superficie
de la partícula del sorbente en partículas más
pequeñas y proporciona más sitios de sorción y
área superficial que conduce a una mayor
sorción. El efecto se estudió con partículas de
75 micras y fluoruro con una concentración de
40 mg / l.
16. Efecto del tamaño de
partícula y la
dosificación de sorbente
• Este efecto se ilustra en la
Figura 5. El grado de sorción
aumenta con el aumento de
la dosificación y se nivela a
una dosis mayor.
Figura 5| Efecto de la dosificación en el adsorbente
17. Dinámica de sorción
• La cinética de sorción de flúor en la semilla de Tamarind fue
examinada por el modelo de Lagergren (Namasivayam y Ranganathan
1995), que viene dada por la ecuación (1)
• Donde:
• qe y q son la cantidad de fluoruro adsorbido en equilibrio y en el
tiempo t y
• kad es la constante de velocidad de adsorción.
18. •La figura 6 muestra
el diagrama de
Lagergren a
diferentes
temperaturas
19. Isoterma de adsorción
• Las características de sorción de la
semilla de tamarindo para
defluoridación se determinaron
usando la isoterma de adsorción de
Langmuir (Langmuir 1918) y su forma
recíproca se da en la ecuación (2)
Figura 7| Grafica de Langmuir a diferentes
temperaturas
20. Donde:
Cf y q son las concentraciones
libres y absorbidas de ion
fluoruro respectivamente en
equilibrio
Q0 y b son las constantes
Langmuir que representan la
capacidad de sorción y la
energía, respectivamente.
21. Estudio con muestra de agua potable en el
campo
• En la sorción por lotes, se encontró que 0.15 g de polvo de semilla de
tamarindo es necesario para la eliminación completa de fluoruro de
concentración 2,7 mg / l de la muestra de campo de volumen 1.0 l.
Esto da lugar a una capacidad de sorción de 18 mg / g, lo que
concuerda bien con el valor observado para el solución de
laboratorio.
23. • Se desarrolló un método simple, un ordinario
tanque de agua de dos niveles del hogar, tiene un
filtro de arcilla para purificación de agua, por
ejemplo, para eliminar sedimentos, pero no tiene
ninguna capacidad desflourización.
• Por lo tanto, era cargado con 25 g de polvo de
semilla de tamarindo y el fluoruro que contiene el
agua estaba almacenada en el tanque superior.
25. Estudio con
muestra de
agua potable
en el campo
Cuando el agua pasa a través de la
columna de filtro de arcilla, con
polvo encapsulado, lentamente a su
propio ritmo, el agua se desfluora y
se recoge en el tanque inferior.
Desde la parte inferior, se extrae el
agua sin flúor. Aproximadamente 40
litros de agua que contienen flúor
concentración de 5 mg / l se
encuentra en este filtro en un hogar.
26. Estudio con
muestra de
agua potable
en el campo
• Los resultados del experimento de adsorción
por lotes podrían ser extendido para un
requisito de hogar (dos adultos y uno niño) que
consume 10 litros de agua por día para beber y
para cocinar.
• La capacidad de adsorción de 18 mg /
g significa que para tratar un litro de agua de
fluoruro de concentración 1.0 mg / l
• 0.055 g de semilla de tamarindo es requerido.
27. Estudios de desorción
• Los estudios de desorción son útiles para elucidar el tipo de sorción y
para la regeneración del sorbente. En el presente estudio, la
desorción se llevó a cabo para 0,1 g de sorbente cargado con flúor
con 50 ml de 0.1 mol de HCl. La desorción es del 90%, lo que muestra
que fuerzas fuertes y débiles están operando en la sorción de fluoruro
en la semilla de tamarindo.
28. Mecanismo de
sorción de
fluoruro en
semilla de
Tamarindo
• La superficie de la semilla de tamarindo es
positiva a pH neutro ya que su pHzpc es 7.44.
Por lo tanto, puede haber interacción
electrostática entre el ion fluoruro y la semilla
de tamarindo.
29. Mecanismo de sorción de
fluoruro en semilla de
Tamarindo
• Además en las fotografías SEM (Figura 10), parece
claro que las partículas esponjosas de semilla de
Tamarindo libre después de la unión de fluoruro
se convierten en partículas de superficie rugosa
de gran tamaño. Todos estos cambios espectrales
y el estudio SEM brindan evidencia de la unión
electrostática.
Figura 10| (a) Semilla de tamarindo libre (b) Semilla de
tamarindo cargada con flúor (x2000 magnificación)
30. Mecanismo de sorción de fluoruro en semilla
de Tamarindo
• Sin embargo, el enlace de hidrógeno del flúor con los grupos
fenólicos hidroxílicos de la semilla de tamarindo también es una posibilidad. Este
tipo de enlaces de hidrógeno se informa en la literatura (Maruthamuthu &
Venkatanarayana Reddy 1987b). Por lo tanto, a partir de la discusión anterior, se
puede concluir que la unión del flúor a la semilla de tamarindo puede deberse
tanto a la atracción electrostática como a la unión de hidrógeno.
31. Conclusiones
• El proceso de sorción del ion fluoruro en la semilla de Tamarind
exhibe una cinética de primer orden y un comportamiento de tipo
Langmuir y está influenciado por muchas condiciones experimentales.
Sorprendentemente, la eliminación de flúor se favorece a bajas
temperaturas y a pH neutro.
