ZEOLITA MODIFICADA CON HEXADECILTRIMETIL AMONIO PARA LA REMOCIÓN DEL COLORANTE AMARILLO ALIZARIN

ZEOLITA MODIFICADA CON HEXADECILTRIMETIL AMONIO PARA LA REMOCIÓN DEL COLORANTE AMARILLO ALIZARIN,

1.- FUNDAMENTOS

1.1 QUE ES LA ZEOLITA

Las zeolitas son aluminosilicatos pertenecientes a la familia de los tectosilicatos, caracterizados por ser microporosos, hidratados y altamente cristalinos cuya estructura forma cavidades ocupadas por cationes grandes y moléculas de agua con gran libertad de movimiento que permiten el intercambio iónico y la deshidratación reversible en el cristal, reportado por Breck (1974); Walcarius et al. (1997); Tomlinson (1998); y más recientemente, Granada et al. (2006).

1.1.1 Estructura de la zeolita

La estructura de las zeolitas consiste en un esqueleto o armazón basado en una extensa red tridimensional de tetraedros TO4, siendo T iones de Si o Al principalmente. La variada disposición o configuración espacial de los tetraedros origina un patrón continuo conformado por espacios vacíos y canales de tamaño discreto, lo cual le confiere una elevada área superficial y capacidad para la discriminación molecular, tanto de tamaño y forma, razón por la cual se les conoce como tamices moleculares (Granada et al. 2006)

Como consecuencia de la sustitución de Al por Si la estructura se carga negativamente por la diferencia entre los tetraedros [(AlO4)5- o (AlO2)-] y [(SiO4)4- o (SiO2)], descritos en los trabajos de Granada et al. (2006). Estos sitios negativos son equilibrados por contraiones, generalmente cationes alcalinos y alcalinotérreos, que pueden ser sustituidos por otros cationes, así, proporcionando zeolitas con la propiedad de intercambio iónico.

1.2 CARACTERISTICAS DE LA ZEOLITA

La estructura particular que tienen las zeolitas las dotan de extraordinarias propiedades que le permiten actuar como catalizadores, intercambiadores iónicos y adsorbentes. Debido a ello, éstas han sido utilizadas en una amplia gama de aplicaciones que incluyen el control de la contaminación de agua y aire, fabricación de detergentes, tratamiento y manejo de desechos radioactivos, purificación por deshidratación o/y separación de gases, control de minerales en agricultura, refinación de petróleo, etc., reportados por Breck (1974) y Virta (1990). De hecho, en los últimos 50 años, estos materiales han constituido los catalizadores más importantes en la industria petroquímica. Más recientemente, las aplicaciones de las zeolitas como tamices moleculares han tenido un creciente interés para el reconocimiento, discriminación y organización de átomos, moléculas e iones, especialmente en dispositivos fotoquímicos y fotoelectroquímicos reportados a partir de Walcarius et al. (1997). El surgimiento de los electrodos modificados con zeolita está incluido en este campo.

Las zeolitas poseen características que las hacen funcionales y económicas, tales como alto grado de hidratación, baja densidad, gran volumen cuando se deshidratan, estabilidad, un área adecuada de contacto, gran capacidad de intercambio iónico, efecto de tamizado molecular y naturaleza hidrófila que favorece su uso como adsorbentes.

Las propiedades más importantes de las zeolitas son: a) Intercambio iónico, b) Adsorción y c) Tamizado molecular (Mumpton, F.A. 1999).

1.3 APLICACIONES DE LA ZEOLITA

1.3.1Tratamiento de aguas residuales y de efluentes

La zeolita natural es el mejor sistema de filtración natural que existe para tratamiento de agua. Ofrece un efecto superior al de la arena o al de los filtros de carbón, resultando en agua más pura con mejor productividad y requiriendo menos mantenimiento. La estructura altamente porosa de las zeolitas puede capturar partículas contaminantes de hasta 4 micras. Las zeolitas están cargadas negativamente de forma natural, por lo que pueden adsorber cationes, como metales pesados y amoníaco. También pueden absorber algunos contaminantes orgánicos y olores no deseados.

Potabilización de agua:

Las zeolitas naturales tienen una excelente capacidad de intercambio iónico y de recuperación de cationes de metales pesados (Pb, Cu, Cd, Zn, Co, Cr, Mn y Fe; Pb, Cu tan alta como 97%) del agua potable y agua residual.

Filtros para Piscinas:

La zeolita natural se considera un medio ideal de filtración de piscinas, y está empezando a sustituir la arena como mejor alternativa para esta aplicación. Debido a su estructura extremadamente porosa, la zeolita natural es mucho más densa que la arena y por lo tanto necesita menos cantidad de zeolita para obtener el mismo efecto. Dada la capacidad de intercambio iónico, la zeolita tiene una ventaja añadida que es la eliminación de contaminantes que los filtros de tierras de diatomeas no pueden eliminar, como el amoníaco en disolución.

1.3.2 Aplicaciones industriales

Purificacion y separacion de gases:

Las zeolitas sintéticas se han utilizado desde hace mucho tiempo en la industria del petróleo, pero las zeolitas naturales se están utilizando cada vez más en ciertas aplicaciones como alternativa más económica siempre y cuando no haya una desventaja técnica. Las zeolitas naturales son particularmente efectivas en las siguientes aplicaciones; eliminación de agua y dióxido de carbono de hidrocarburos gaseosos, eliminación de ácido hidroclórico de un flujo gaseoso, eliminación de sulfito de hidrógeno de un flujo gaseoso, catálisis y separación de gas natural.

Manipulación y destrucción de residuos nucleares:

La zeolita natural tiene una gran capacidad de intercambio iónico y una particular afinidad para los cationes de metales pesados. Puede absorber elementos como el Estroncio 90, Cesio 137 y otros isótopo radioactivos de una solución y mantenerlos atrapados en la estructura cristalina. Las zeolitas reaccionan fácilmente con sistemas de vidrio y cemento por lo que facilita que los residuos radioactivos queden atrapados de forma segura e inocua. Las zeolitas son físicamente muy robustas y son resistentes a la degradación nuclear y además son más baratas que las resinas de intercambio iónico.

Materiales ligeros de construcción:

Las zeolitas naturales pueden utilizarse en la preparación de hormigón ligero para la construcción. Su estructura de silicato poroso hace que sean mucho más ligeros que la arena y dan más volumen por tonelada de producto con una dureza y resistencia similares. La zeolita no contiene barro que disminuye la resistencia de la mezcla y su estructura porosa retiene la humedad lo que facilita que la mezcla cure más rápidamente.

Control de la contaminación ambiental:

Las propiedades únicas de las zeolitas permiten que puedan utilizarse potencialmente para prevenir o eliminar contaminación medioambiental. Pueden utilizarse para filtrar flujos de gases o líquidos de instalaciones industriales y son muy efectivas para limpiar terrenos contaminados. Sus propiedades absorbentes las hace ideales para limpiar vertimientos de productos peligrosos.

1.4 VENTAJAS DE LA ZEOLITA NATURAL

• Los filtros de arena eliminan partículas de un tamaño de hasta 40 micras. Los filtros de zeolita eliminan partículas de hasta 4 micras que equivalen a la capacidad de filtración de la tierra de diatomeas.

• Las zeolitas eliminan iones de amoníaco en disolución por intercambio iónico, cosa que no es posible con la arena ni con la tierra de diatomeas. El amoníaco en disolución reacciona con el cloro para formar cloraminas que causan irritación ocular y malos olores en agua de la piscina.

• Las zeolitas necesitan menos ciclos de lavado que los filtros de arena y los ciclos son más cortos, lo que puede reducir en un 30% la cantidad de agua necesaria para el mantenimiento de la piscina.

• Las zeolitas tienen una gran durabilidad y su vida útil es mucho más larga que la de la arena.

Resumiendo, las zeolitas naturales ofrecen una mejor calidad del agua, un mantenimiento más fácil y la reducción de la cantidad de agua necesaria. Las zeolitas ofrecen la utilidad de los filtros de tierras de diatomeas con la simplicidad de los filtros de arena, con la ventaja añadida de la eliminación del amoníaco. Las zeolitas podrían convertirse en el sistema de filtración para piscinas del siglo XXI.

1.5 CAMPOS DE APLICACIÓN DE LA ZEOLITA

Adsorción: Las zeolitas son usadas como adsorbentes de variados materiales. Sus aplicaciones incluyen secado, purificación y separaciones. Las zeolitas pueden remover agua a presiones parciales muy bajas y son desecantes muy efectivos con una capacidad de más del 25% de su peso en agua. Las zeolitas pueden remover orgánicos volátiles de corrientes de aire, de flujos de agua y de sólidos contaminados. También pueden separar isómeros y mezclas de gases.

Catálisis: Las zeolitas pueden ser catalizadores selectivos, ya sea por selectividad de estados de transición o por exclusión de reactantes competidores, sobre la base de sus diametros moleculares. Las zeolitas pueden ser catalizadores ácidos y se pueden usar como material soporte para metales activos y reactantes. También se usan como catalizadores de oxidación. Las principales industrias para catálisis con zeolitas son: refinerías de petróleo, producción de synfuels (combustibles no convencionales partiendo de materiales diferentes al petróleo) y producción petroquímica.

Intercambio iónico: Se están usando grandes cantidades de zeolitas en formulaciones de detergentes, donde pueden reemplazar a los fosfatos como agentes ablandadores de agua. Las zeolitas pueden intercambiar el sodio de sus estructuras

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