Adsorción de NI(II) en carbón activado de conchas de coco modificado con soluciones de Ácido Nítrico

ARTICULO ORIGINAL   Adsorción de NI(II) en carbón activado de conchas de coco modificado con soluciones de Ácido Nítrico   Adsorption of  NI (II) on activated Carbon of Coconut shell Chemicaly Modifieded with Acid Nitric Solutions     Ing. Mónica Hernández-RodríguezI, Ing. Alexis Otero-CalvisI, Dr. José Falcón-HernándezII, Dr. Yan YpermanIII I: Instituto Superior Minero Metalúrgico Antonio Núñez Jiménez. II: Universidad de Oriente, Santiago de Cuba III: Universidad de Hasselt     Resumen En la investigación se estudió el efecto de la modificación del carbón activado granular de conchas de coco con soluciones diluidas de ácido nítrico, en sus características químicas y capacidad de remoción de los iones de níquel (II) presentes en soluciones modeladas de sulfatos, con características semejantes al licor ácido residual de la industria del níquel. La caracterización de los materiales adsorbentes evidenció que el proceso de modificación incrementa los grupos superficiales ácidos conforme con el aumento de la concentración de ácido nítrico empleada en el tratamiento, mientras que las pruebas de equilibrio de adsorción realizadas con soluciones de concentraciones entre 0,5 y 3,5 g/L de la especie metálica reflejaron que el proceso es descrito por el modelo de Freundlich. El efecto de la modificación química del material adsorbente en la capacidad de adsorción de los iones de níquel (II) se evaluó mediante la aplicación de un diseño experimental tradicional a pH de 1,2 y 6,9 unidades, obteniéndose que el acrecentamiento de los grupos ácidos en la superficie del carbón provoca un aumento de la capacidad de adsorción y porcentajes de remoción del níquel (II), debido a las interacciones específicas de estos grupos con los cationes del metal. Palabras clave: procesos de adsorción, química superficial, carbón activado de cascarón de coco, remoción de níquel (II). Abstract In the research the effect of modification of coconut shell activated carbon with diluted solutions of nitric acid, in its chemical characteristics and removal capacity of the nickel (II) ions present in modeling solutions of sulfates with similar characteristics to the acid liquor waste of the nickel industry, was studied. The characterization of the adsorbent material evidenced that the modification process increases the superficial acids groups according with the increase of acid nitric concentration employee in the treatment. The adsorption equilibrium tests, carried out with metallic species solutions at concentrations between 0,5 and 3,5 g/L evidenced that the process is described by Freundlich model. The effect of chemical modification of the adsorbent material in adsorption capacity of nickel (II) ions was evaluated using a traditional experimental design at pH of 1,2 and 6,9 units, obtaining that the increase of acid groups in the carbon  surface causes an increase of adsorption capacity and removal percentages of nickel (II), due to specific interactions of these groups with the metal cations. Keywords: adsorption process, superficial chemistry, coconut shell activated carbon, removal of nickel (II).     INTRODUCCION Los procesos metalúrgicos constituyen uno de los procesos industriales más agresivos para el medioambiente y la sociedad, por los volúmenes de desechos generados anualmente durante el procesamiento de los minerales y los reactivos altamente contaminantes que se manejan en el proceso. La empresa metalúrgica "Comandante Pedro Sotto Alba", durante la producción de sulfuros mixtos de níquel y cobalto genera diversos residuales, entre los que se encuentra el licor ácido, conocido como WL (siglas en inglés), que es vertido al río Cabañas sin tratamiento. Debido a su carga contaminante, por la presencia de iones metálicos pesados y bajo pH la necesidad del tratamiento del WL ha generado numerosas investigaciones para minimizar el impacto ambiental negativo en la región y recuperar especies metálicas valiosas, principalmente níquel (II) [2, 7, 16]. Estudios recientes motivados por la versatilidad de los carbones activos en el tratamiento de aguas, adsorción de gases contaminantes y recuperación de especies químicas de efluentes residuales, utilizan carbón activado granular de conchas de coco (CAG) para remover iones de níquel (II) presentes en soluciones acuosas [9]. La capacidad de remoción del CAG está influenciada por la gran superficie activa debido a su elevado y variado grado de porosidad, sin embargo, un aspecto influyente en el proceso de adsorción lo constituye la química superficial del material adsorbente. Varios investigadores [1, 5, 12-14] establecen que la capacidad de remoción de los adsorbentes no está determinada solamente por sus características texturales, sino que los grupos químicos existentes en la superficie ejercen un papel distintivo, producto a las interacciones específicas con el adsorbato. Por ello el presente estudio evalúa cómo influye la modificación del carbón activado de conchas de coco con soluciones diluidas de ácido nítrico en sus características químicas y en la capacidad para remover iones de níquel (II) presentes en soluciones acuosas con características similares al licor ácido (WL), sin considerar el efecto de otros cationes metálicos presentes en el residual.   FUNDAMENTACION TEORICA El término adsorción se emplea para describir la existencia de una elevada concentración de cualquier sustancia en la superficie de un líquido o sólido [10]. Esta concentración superficial suele ser bastante mayor que la concentración promedio en el sólido o en el líquido, debido al estado de desbalance de fuerzas moleculares o al estado de insaturación. Como resultado las superficies sólidas y líquidas tienden a completar sus fuerzas atrayendo y reteniendo en sus superficies gases o sustancias disueltas con las cuales estén en contacto. La sustancia así adsorbida en la superficie se denomina fase adsorbida o adsorbato, mientras que la sustancia en la cual está fijada se conoce como adsorbente [10]. El carbón activado es un adsorbente muy versátil, porque el tamaño y distribución de sus poros en la estructura carbonosa le confieren posibilidades de utilización en la purificación en fase gaseosa y líquida. Su superficie interna y variados grupos químicos superficiales, son las principales características responsables de sus propiedades adsorbentes [6, 15]. La superficie de los carbones puede encontrarse combinada en mayor o menor proporción con otros átomos o grupos de átomos distintos al carbono (heteroátomos), entre los que figuran los grupos carboxílicos, lactonas, fenólicos y carbonilos como principales grupos de carácter ácido y los grupos básicos algunos autores lo atribuyen a los grupos pirona, cromeno y electrones π deslocalizados en las capas del grafeno [11, 15]. Todos los carbones presentan en principio un carácter hidrófobo, que puede ser disminuido por la adición de ciertos grupos superficiales (...truncated)