Modelado y simulación del proceso de intercambio iónico para la eliminación de Zn2+(aq) utilizando zeolita NaY
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v10i12.20362Palabras clave:
Intercambio iónico; Zeolita NaY; Aspen Adsorption; Simulación; Modelado cinético.Resumen
El tratamiento de agua contaminada por metales tóxicos mediante intercambio iónico con zeolitas es atractivo debido a su bajo costo de capital y alto potencial de remoción. El modelado de procesos matemáticos permite el control operativo y la estimación de la capacidad de remoción de metales. En este trabajo, el modelado cinético se realizó bajo datos experimentales de baño finito, con modelos de Difusión Intrapartícula(IPD) y Transferencia de Masa de Película Líquida Externa(MTEF). Se utilizaron los modelos Thomas(TH), Yoon-Nelson(YN) y Solid Film Mass Transfer(MTSF) para estimar el tiempo de saturación, la capacidad de intercambio iónico y las variables de tamaño de la columna de lecho fijo. En el sistema de baño finito, los resultados definieron la transferencia de masa mejor representada por el fenómeno DPI. La curva de avance obtenida por el modelo Aspen Adsorption(MTSF) presentó un mejor ajuste a los datos experimentales, con R2≥0,9923. Las capacidades medias de intercambio iónico calculadas para MTSF, TH e YN fueron respectivamente 2,22, 2,12 y 2,07 meq Zn2+(aq)/ g de zeolita. El modelo simulado en Aspen Adsorption también se utilizó para analizar el comportamiento del sistema continuo, variando la altura del lecho. Se observó que el aumento de altura, el tiempo de saturación y la capacidad de intercambio iónico también aumentan, mientras que la reducción de altura hace que la dispersión axial sea el fenómeno predominante de transferencia de masa, reduciendo la difusión iónica de Zn2+(aq).
Citas
Abdi, J., & Abedini, H. (2020). MOF-based polymeric nanocomposite beads as an efficient adsorbent for wastewater treatment in batch and continuous systems: Modelling and experiment. Chemical Engineering Journal, 400.
Abdi, J., Vossoughi, M., Mahmoodi, N. M., & Alemzadeh, I. (2017). Synthesis of metal-organic framework hybrid nanocomposites based on GO and CNT with high adsorption capacity for dye removal. Chemical Engineering Journal, 326, 1145–1158.
Abrão, A. (2014). Operações de troca iônica. IPEN.
Adornado, A. P., Soriano, A. B., Orfiana, O. N., Pangon, M. B. J., & Nieva, A. D. (2016). Simulated biosorption of cd(ii) and cu(ii) in single and binary metal systems by water hyacinth (eichhornia crassipes) using aspen adsorption. Asean Journal of Chemical Engineering, 16(2), 21–43.
Bergseth, H. (1980). Selektivität von IIIit, Vermiculit und Smectit gegenüber Cu2+, Pb2+, Zn2+, Cd2+ und Mn2+. Acta Agriculturae Scandinavica, 30(4), 460–468.
Calábria, J. A. A., Ladeira, A. C. Q., & Cota, S. D. S. (2017). Estudo da sorção de césio em solos: Avaliação do desempenho em repositório de rejeitos radioativos. Revista Ibero-Americana de Ciências Ambientais, 8(2), 190–204.
Calvet, R. (1989). Adsorption of organic chemicals in soils. Environmental Health Perspectives, 83, 145–177.
Chen, J. P., Wu, S., & Chong, K. H. (2003). Surface modification of a granular activated carbon by citric acid for enhancement of copper adsorption. Carbon, 41, 1979–1986.
Cupertino, M. C., Moreira, I. F. V., Coelho, M. A., Amaral, Y. F. Q., & Teixeira, D. C. L. (2020). Exposição a contaminantes ambientais inorgânicos e danos à saúde humana. Brazilian Journal of Health Review, 3(4), 10353–10369.
Fagnani, H. M. C., Deolin, M. E., Clays, M. A. D., & Arroyo, P. A. (2017). Identificação dos mecanismos de sorção em zeólita NaY e sílica gel. Revista Matéria, 22(3).
Jung, K. W., Jeong, T. U., Choi, J. W., Ahn, K. H., & Lee, S. H. (2017). Adsorption of phosphate from aqueous solution using electrochemically modified biochar calcium-alginate beads: Batch and fixed-bed column performance. Bioresource Technology, 244, 23–32.
Lambert, S. M. (1967). Functional relationship between sorption in soil and chemical structure. J. Agr. Food Chem., 15(4), 572–576.
Lattanzi, A. M., Pecha, M. B., Bharadwaj, V. S., & Ciesielski, P. N. (2020). Beyond the effectiveness factor: Multi-step reactions with intraparticle diffusion limitations. Chemical Engineering Journal, 380.
Lazzaretti, L. L., & Hupffer, H. M. (2018). Nanotecnologia: O olhar da ciência sobre a toxicidade e os potenciais riscos desses produtos. Revista Conhecimento Online, 3(10), 79–100.
Matti, A. H., & Surchi, K. M. (2014). Kinetics of cation exchange capacity of homoionic sodium form nay zeolite. International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, 3(6), 13137–13145.
Montgomery, O. C., & Peck, E. A. (1982). Introduction to linear regression analysis. John Wiley & Sons.
Nakajima, H. (2013). Mass transfer: Advances in sustainable energy and environment oriented numerical modelling. IntechOpen.
Nieva, A. D., Andres, J. C. S., & Gonzales, K. P. (2018). Simulated biosorption of cu2+ in aqueous solutions using cucumis melo VAR. cantalupensis. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 191.
Nieva, A. D., Garcia, R. C., & Ped, R. M. R. (2019). Simulated biosorption of cr6+ using peels of litchi chinensis sonn by aspen adsorption® V8.4. International Journal of Environmental Science and Development, 10(10), 331–337.
Nkedi-Kizza, P., & Brown, K. D. (1998). Sorption, degradation and mineralization of carbaryl in soils , for single-pesticide and multiple-pesticide systems. Journal Environmental Quality, 27, 1318–1324.
Oliveira, G. M. T. S., Oliveira, E. S., Santos, M. L. S., Melo, N. F. A. C., & Krag, M. N. (2018). Concentrações de metais pesados nos sedimentos do lago água preta (pará, brasil). Engenharia Sanitária e Ambiental, 23(3), 599–605.
Ostroski, I. C., Barros, M. A. S. D., Silva, E. A., Dantas, J. H., Arroyo, P. A., & Lima, O. C. M. (2008). A comparative study for the ion exchange of Fe(III) and Zn(II) on zeolite NaY. Journal of Hazardous Materials, 161, 1404–1412.
Ostroski, I. C., Dantas, J. H., Canavesi, R. L. S., Silva, E. A., Arroyo, P. A., & Barros, M. A. S. D. (2011). Removal of Fe (II) in fixed bed of NaY zeolite. Acta Scientiarum Technology, 33(3), 305–312.
Puranik, P. R., Modak, J. M., & Paknikar, K. M. (1999). A comparative study of the mass transfer kinetics of metal biosorption by microbial biomass. Hydrometallurgy, 52, 189–197.
Ruthven, D. M. (1984). Principles of adsorption and adsorption processes. Wiley and Sons.
Silva, M. A., & Miranda, M. N. N. (2003). Estimation of properties of ternary mixtures of solids using the mixing rule. Powder Technology, 134, 16–23.
Silva, M. A., & Souza, F. V. (2004). Drying behavior of binary mixtures of solids. Drying Technology: An International Journal, 22, 165–177.
Silva, R. T. S., Dervanoski, A., Haupenthal, L. D., Souza, S. M. A. G. U., Souza, A. A. U., & Luz, C. (2015). Simulação numérica e ensaios experimentais da remoção de Fe (III) da água para utilização nas indústrias alimentícias. Engenharia Sanitária Ambiental, 20(4), 653–663.
Singha, S., Sarkar, U., Mondal, S., & Saha, S. (2012). Transient behavior of a packed column of Eichhornia crassipes stem for the removal of hexavalent chromium. Desalination, 297, 48–58.
Slater, M. J. (1991). The principles of ion exchange technology. Butterworth-Heinemann.
Souza, M. D., Boeira, R. C., Gomes, M. A. F., Ferracini, V. L., & Maia, A. H. N. (2001). Adsorção e lixiviação de tebuthiuron em três tipos de solo. Revista Brasileira de Ciências do Solo, 25, 1053–1061.
Stephen, J. A., Gan, Q., Matthews, R., & Johnson, A. (2005). Mass transfer processes in the adsorption of basic dyes by peanut hulls. Industrial Engineering Chemical Research, 44, 1942–1949.
Tantet, J., Eic, M., & Desai, R. (1994). Experimental and theoretical studies of sulfur dioxide and water adsorption in hydrophobic zeolites. Studies in Surface Science and Catalysis, 84, 1269–1276.
Thomas, H. C. (1944). Heterogeneous ion exchange in a flowing system. Journal of the American Chemical Society, 66, 1664–1666.
Trgo, M., Medvidovic, N. V., & Perié, J. (2011). Application of mathematical empirical models to dynamic removal of lead on natural zeolite clinoptilolite in a fixed bed column. Indian Journal of Chemical Technology, 18, 123–131.
Vermeulen, T. (1958). Advances in chemical engineering. Academic Press.
Zhang, Y. P., Adi, V. S. K., Huang, H. L., Lin, H. P., & Huang, Z. H. (2019). Adsorption of metal ions with biochars derived from biomass wastes in a fixed column: Adsorption isotherm and process simulation. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 76, 240–244.
Zheng, H., Han, L., Ma, H., Zheng, Y., Zhang, H., Liu, D., & Liang, S. (2008). Adsorption characteristics of ammonium ion by zeolite 13X. Journal of Hazardous Materials, 158, 577–584.
Descargas
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2021 Andrezza de Araújo Silva Gallindo; Reinaldo Alves da Silva Junior; Meiry Gláucia Freire Rodrigues; Wagner Brandão Ramos
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.
Los autores que publican en esta revista concuerdan con los siguientes términos:
1) Los autores mantienen los derechos de autor y conceden a la revista el derecho de primera publicación, con el trabajo simultáneamente licenciado bajo la Licencia Creative Commons Attribution que permite el compartir el trabajo con reconocimiento de la autoría y publicación inicial en esta revista.
2) Los autores tienen autorización para asumir contratos adicionales por separado, para distribución no exclusiva de la versión del trabajo publicada en esta revista (por ejemplo, publicar en repositorio institucional o como capítulo de libro), con reconocimiento de autoría y publicación inicial en esta revista.
3) Los autores tienen permiso y son estimulados a publicar y distribuir su trabajo en línea (por ejemplo, en repositorios institucionales o en su página personal) a cualquier punto antes o durante el proceso editorial, ya que esto puede generar cambios productivos, así como aumentar el impacto y la cita del trabajo publicado.
