Reutilización del raspo de uva para la eliminación de aguas que contienen cobre
ANÁLISIS Y RESULTADOS
Isotermas de adsorción
1. Introducción y objetivos
Esta parte se centrará en calcular la capacidad máxima de adsorción del sistema Cobre-Rapa de uva. Para ello, se ajustaran datos experimentales bibliográficos -obtenidos en un experimento en batch o discontinuo- a modelos empíricos: las isotermas de adsorción. Éstas, se definen como la relación entre la concentración de adsorbato sobre el adsorbente en la disolución.
Es importante remarcar la importancia del pH en el proceso de sorción. A pH bajos no existe sorción mientras que el máximo se alcanza entre valores del pH de 5,5 y 6. Por ese motivo los datos obtenidos bibliográficamente se obtienen en experimentaciones a pH 6. Se definen, en la Tabla 18, las condiciones experimentales (peso de residuo, volumen de disolución y pH):
Tabla 18. Condiciones experimentales.
Antes de ajustar a modelos empíricos debemos definir el parámetro qe: cantidad de metal absorbida por unidad de fase sólida. Su cálculo viene regido por la siguiente ecuación (Ecuación 4):
Ecuación 4
donde qe es la cantidad absorbida en el equilibrio (mmol Cu/g rapa), V el volumen de la disolución (L), Ci y Ce las concentraciones de metal en la disolución inicial y en el equilibrio respectivamente (mmol/L) y w el peso del residuo (g).
A partir de aquí se ajustaran los datos experimentales bibliográficos a los modelos de Freundich y Langmuir. Se definen los modelos a continuación (Tabla 19).
Ecuación 5
Ecuación 6
Ec. 7
Ec. 8
Tabla 19. Definición y características de los modelos Freundlich y Langmuir. [30,31]
2. Isotermas
Datos experimentales
Se obtienen bibliográficamente datos que corresponden a las concentraciones iniciales y finales -equilibrio- para un ensayo experimental en batch o discontinuo. A partir de las concentraciones de metal iniciales y en el equilibrio, el volumen de la disolución y la cantidad de rapa de uva resulta la cantidad absorbida en el equilibrio -experimenta. Los datos obtenidos se muestran en la Tabla 20.
Tabla 20. Datos experimentales.
Parámetros para la isoterma de Freundlich
Para modelizar por Freundlich es necesario realizar una regresión lineal a partir de la representación log(qe) en función de log(Ce) –ver Ecuación 7. La recta de tendencia -Gráfico 9- permitirá encontrar los parámetros característicos del modelo.
Gráfico 9. Representación log(qe) en función de log(Ce) y regresión lineal para Freundlich.
Los parámetros característicos K y n son:
Tabla 21. Parámetros para Freundlich.
Parámetros para la isoterma de Langmuir
Para modelizar por Langmuir se debe, así mismo, realizar una regresión lineal a partir de la representación Ce/qe en función de Ce –ver Ecuación 8. La recta de tendencia -Gráfico 10- permitirá encontrar los parámetros característicos del modelo.
Gráfico 10. Representación Ce/qe en función de Ce y regresión lineal para Langmuir.
Los parámetros característicos K y n son:
Tabla 22. Parámetros para Langmuir.
Isoterma experimental y isotermas teóricas de Freundlich y Langmuir
Teniendo en cuenta los diferentes parámetros para los dos modelos teóricos a estudiar, a partir de las Ecuaciones 5 y 6 se halla el parámetro qt para Freundlich y Langmuir respectivamente.
Tabla 23. Parámetros para Langmuir y Freundlich para la sorción de Cu(II).
Tabla 24. Datos bibliográficos y valor de los parámetros qe y qt para Freundlich y Langmuir.
Obtenidos estos datos, se obtienen las isotermas teóricas y la experimental.
Gráfico 11. Representación de las curvas teóricas para los modelos de Freundlich y Langmuir con los datos experimentales bibliográficos.
Observando el Gráfico 11, se demuestra que los datos experimentales obtenidos mediante bibliografia se ajustan de forma más precisa al modelo teórico de Langmuir. No obstante, existe un parámetro RL usado para comprovar si el ajuste al modelo de Langmuir es favorable. El parámetro RL, adimensional, se define (Ecuación 9):
Ecuación 9
donde b es el parámetro de Langmuir y Ci la concentración inicial de la muestra estudiada. Este parámetro define el tipo de isoterma que se obtiene (ver Tabla 25). De este modo:
Tabla 25. Tipo de isoterma según el valor del parámetro RL.
A continuación se muestra el parámetro RL en función de la concentración inicial (mmol Cu / L) -Gráfico12.
Gráfico 12. Parámetro RL en función de la concentración incial para Langmuir.
Se observa que todos los valores de RL estan comprendidos 0,033 y 0,404. De este modo, nos encontramos en el rango de 0 a 1, el cual se corresponde con una isoterma favorable (ver Tabla 25). Así mismo cabe remarcar que cuando la concentración inicial aumenta, el valor de RL disminuye: este hecho permite afirmar que la adsorción es más favorable cuando las concentraciones iniciales son más bajas.
3. Comparación del raspo de uva con otros biosorbentes
La sorción del ión metálico del Cu(II) varía en función del biosorbente. Como se puede observar en la Tabla 20, el quitosán muestra la máxima capacidad de sorción.
El raspo de uva es el biosorbente en el que se ha centrado este proyecto. Tiene una capacidad máxima de sorción de 0,088 mmol/g, resultado obtenido a partir de los datos bibliográficos dados. Esta capacidad es muy similar a la sorción del biosorbente del serrín de Pinus Sylvestris. También se asemeja a la de la cáscara de arroz, la del corcho y a la del hueso de oliva.
Tabla 26. Capacidades máximas de adsorción en mmol/g del Cu(II) con distintos biosorbentes.