Absorción de iones

Adsorción de iones de cobre y zinc a partir de soluciones acuosas que utilizan montmorillonita y bauxita como adsorbentes de bajo costo

Resumen

Los objetivos de este estudio fueron investigar la adsorción de Cu-II y Zn-II en montmorillonita y bauxita y discutir la utilidad de estos adsorbentes en aplicaciones ambientales. La máxima adsorción se encontró para Cu (II) en bauxita con un valor de Kf de 4.179 L g −1 ; la capacidad máxima adsorbida (Q o ) calculada a partir del modelo de Langmuir alcanzó 9.115 mg g −1 . Ambas materias primas tienen el potencial de ser utilizadas efectivamente para producir absorbentes de bajo costo para la eliminación de cobre y zinc de las aguas residuales. Se podrían usar como barreras de adsorción alternativas y como enmiendas a los suelos en antiguas áreas mineras, para evitar la lixiviación de metales en las aguas subterráneas o para aislar los residuos de lixiviados urbanos.

Palabras clave

Contaminantes metálicos Barreras de adsorción Remediación Método por lotes Isotermas 

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La versión en línea de este artículo (doi: 10.1007 / s10230-017-0464-2 ) contiene material complementario, que está disponible para los usuarios autorizados. 

Introducción

El drenaje de las minas de metal abandonadas y los desechos de la mina generalmente contienen metales disueltos, como hierro, zinc, cobre, aluminio y manganeso, que pueden ser muchos órdenes de magnitud mayores que los cuerpos de agua no contaminados (Hedrich y Johnson 2014 ). Los minerales de sulfuro de metal (MS) se oxidan y disuelven, aumentando la concentración de metal (M 2+ ) y de sulfato (SO 4 2 ) (Jennings y Dollhopf 1995 ; Sheoran y Sheoran 2006 ; Younger et al. 2002 ). Los metales descargados al medio ambiente pueden ser potencialmente tóxicos para los seres humanos, los animales, las plantas y la vida acuática (Bsoul et al. 2014 ).

La absorción es uno de los procesos clave que afectan el destino de los metales en los ambientes de sedimentos, agua y suelo. La adsorción de contaminantes en el suelo reduce su movilidad y potencial de lixiviación (Atasoy 2008 ; Si et al. 2006 ). Las partículas del tamaño de arcilla, los óxidos metálicos, las superficies de materia orgánica y las capas intermedias de arcilla de silicato son los sitios dominantes en el suelo responsables de la absorción de metales, por lo que los suelos arenosos y arenosos en áreas con poca arcilla o óxidos de Al y Fe tienen poco metal Potencial de adsorción. Se necesita una comprensión completa de la adsorción de cada metal para saber cómo se transportan y atenúan los metales en los suelos y acuíferos (Gove et al. 2001).

Los enfoques rentables para la remediación del drenaje ácido de la mina (AMD) y el agua subterránea contaminada son muy deseables (Gibert et al. 2013 ). Las barreras permeables (PB) pueden remediar pasivamente las aguas subterráneas y prevenir la contaminación de las aguas subterráneas, incluso en ambientes extremos. El componente principal de un PB es un material reactivo o sorbente. Sin embargo, un solo material no puede eliminar todos los tipos de contaminantes. Por lo tanto, un material (o materiales) con la capacidad de eliminar los contaminantes presentes en el sitio debe seleccionarse al instalar cualquier sistema PB. Varios materiales como la zeolita, el hierro cero valiente (Jung et al. 2013 ), las cenizas volantes o las arcillas se usan comúnmente para construir PB (Kozyatnyk et al. 2014). Sin embargo, deben conocerse algunos datos importantes, como las tasas y capacidades de adsorción, las dosis óptimas de adsorbente de los materiales y los efectos del pH para evaluar el mejor adsorbente a utilizar.

Los objetivos de la investigación fueron: (1) investigar la adsorción de iones de cobre (Cu-II) y zinc (Zn-II) en montmorillonita y bauxita, (2) estudiar la aplicabilidad de montmorillonita y bauxita para el tratamiento de aguas residuales industriales o el agua de drenaje de la mina que contiene Cu (II) y Zn (II) y, (3) propone adsorbentes disponibles localmente y de bajo costo, como la montmorillonita y la bauxita, como barreras de adsorción alternativas para los suelos porosos en sitios contaminados o en áreas mineras antiguas.

Debido a sus características estructurales, la montmorillonita tiene excelentes propiedades de adsorción; posee sitios de adsorción dentro de su espacio entre capas, una gran área de superficie y canales más estrechos en el interior (Seliman et al. 2014 ). Los suelos en el sureste de Turquía contienen típicamente 60–65% de arcilla; el tipo de arcilla dominante es la montmorillonita (Mermut et al. 1996 ).

La bauxita también está disponible en abundancia en Turquía. Por lo general, consta de óxidos de alúmina, hierro, sílice y titanio, con un contenido de aluminio que generalmente oscila entre el 50 y el 70% (Atasoy et al. 2013 ).

Materiales y métodos

La montmorillonita purificada fue proporcionada por el Departamento de Ciencias del Suelo de la Universidad de Saskatchewan, Canadá. La montmorillonita pertenece a la familia de arcillas 2: 1 y su unidad estructural básica está compuesta por dos láminas coordinadas tetraédricas de iones de sílice que rodean una lámina coordinada octaédrica intercalada de iones de aluminio. La sustitución isomórfica se produce en las capas tetraédricas mediante la sustitución de Al +3por Si +4 y en la capa octaédrica mediante la sustitución de un catión divalente como el Mg +2para Al +3 , lo que resulta en una carga neta de superficie negativa en la arcilla. La composición química de la montmorillonita se presenta en la Tabla  1.. Basado en su difractograma de rayos X, contenía montmorillonita calciana (28,6%), albita (15,1%), cuarzo (13%) e ilita trioctaédrica (8,1%) (Fig. 1 complementaria), con el resto cantidades de rastro de Otros materiales y posiblemente algún material amorfo.

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