Aplicación del Modelo de Difusión para la adsorción del tinte reactivo Azo en la piedra pómez

1. Operaciones Unitarias II
“Aplicación del Modelo de Difusión para la adsorción
del tinte reactivoAzo en la piedra pómez”
Sánchez Ortega Gustavo Eduardo
5 de Junio del 2014

2. Aplicación del Modelo de Difusión
para la adsorción del tinte reactivo
Azo en la piedra pómez
E.V.Veliev,T.Öztürk,S.Veli,AGFatullayev
• Departamento de Física de la Universidad de Kocaeli, 41300, Kocaeli,
Turquía
• Departamento de Ingeniería Ambiental de la Universidad de Kocaeli,
41040, Kocaeli, Turquía
• Escuela de Ciencias Aplicadas de la Universidad Baskent, Baglica Kampusu,
06530, Ankara, Turquía
Recibido: 29 de febrero 2005
Aceptado: 29 de septiembre 2005
Polaco J. Environ. Stud. Vol. 15, pp 347-353 No.2 (2006)
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3. Contenido
• Introducción
• Modelo matemático
• Experimentación
• Resultados
• Conclusión
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5. • La industria textil constituye una de las ramas
industriales más importantes de Turquía.
• Las aguas residuales contienen colorantes que reducen la
cantidad de luz necesaria para realizar la fotosíntesis, y
por lo tanto perjudica gravemente al ecosistema.
• Por lo que el tratamiento de estas aguas residuales ha
provocado un interés significativo.
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6. • Dado que los métodos utilizados en este tratamiento difieren
en su efecto en las aguas residuales dependiendo de la
naturaleza del colorante, se hace difícil elegir la correcta.
• El método comúnmente utilizado es el de adsorción, sin
embargo este depende en gran medida de la disponibilidad de
adsorbentes baratos.
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7. • La piedra pómez, se utilizó como adsorbente en este
estudio por su disponibilidad además de ser barato.
• Es una piedra volcánica, que se forma mediante la unión
de un gran numero de pequeños cristales microporosos,
tiene una alta área de superficie especifica y puede tener
un carácter básico o ácido.
Imagen 1. Piedra
Pómez
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8. • Se adopto la Isoterma de adsorción de Freundlich.
• Para explicar los resultado del experimento, se utilizó
como modelo el método de difusión desarrollado por
Meshko.
• Se adopto el método de Crank-Nicholson para resolver
las ecuaciones en derivadas parciales.
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9. 9

10. • El proceso de difusión se describe por la siguiente
ecuación diferencial:
• Con las condiciones fronteras
• Y condición inicial
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11. • El balance global de masa para el experimento por lotes
cerrados viene dada por:
• Donde la concentración media a lo largo de la partícula
adsorbente se define como:
• Despejando de las condiciones anteriores :
• Y sustituyendo en la condición frontera 2.
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13. Materiales
• Se utilizó como adsorbato el colorante azoico reactivo,
suministrado por Ciba Specialty Chemicals, sin alguna
purificación adicional.
• La piedra pómez fue utilizada como adsorbente, tiene
una densidad de 0,6 gr/𝑐𝑚3
, el tamaño de la partícula
es de 75 micras y con un área superficial de 85𝑚2
/𝑔
Fig. 1.Estructura química del colorante azo
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14. • La Isoterma de equilibrio se determino con diferentes
concentraciones, que oscilan entre 30 a 100 mg/𝐿, el
volumen de la solución utilizada fue de 50 mL se añadió
1-5 gr de piedra pómez, las pruebas se realizaron a 23ºC
con un PH de 4, y se agito mecánicamente, la variación
en la velocidad de agitación se llevó acabo en el rango de
50 a 250 rpm.
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15. 15

16. Isoterma de Adsorción
• La ecuación empírica de Freundlich sobre una superficie
heterogénea esta dada por:
• Una forma lineal de la ecuación de Freundlich, nos
permitira encontrar las constantes A y n.
• Por lo tanto una gráfica de log 𝑞 𝑠 contra log 𝑐 𝑠 nos
permite encontrar las constantes.
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17. Fig 2. Isoterma de Freundlich de adsorción de
colorantes azoicos en piedra pómez
La capacidad de adsorción (A) e intensidad de
adsorción (n), por la piedra pómez, se encontró que
era 0,024 mg/g y 1,469 respectivamente.
La ecuación de la isoterma de Freundlich para la
adsorción de colorante azo sobre la piedra pómez es
entonces:
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18. • Se examinó el efecto de la concentración inicial en un
rango de 30-100 mg/L los resultados se muestran en la
primera curva de la figura 3a y 3b; se encontró que el
valor del coeficiente de transferencia de masa (𝐾𝑓) no se
asocia con la concentración inicial, mientras que la
difusividad del sólido (𝐷𝑠) si esta asociado con esta.
• También se examinó el efecto de la velocidad de
agitación para la eliminación del tinte, en un intervalo de
50-250 rpm se encontró que 𝐾𝑓 y 𝐷𝑠 no están asociados
con la velocidad de agitación.
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19. 𝑞
𝑞
Fig.3. Dependencia con el tiempo del valor promedio de concentración
en la fase sólida a) Datos experimentales b)curva teórica
I: T=23º C, M=5 g, 𝐶0=50 mg/L, 100 rpm
II: T=23ºC, M=5 g, 𝐶0=30 mg/L, 200 rpm
III: T=23ºC, M= 1 g, 𝐶0=30 mg/L, 100 rpm
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20. Fig. 4 Dependencia de la difusividad del
sólido respecto a la concentración.
Fig. 5 Variación de la difusividad del sólido
respecto a la masa de adsorbente.
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21. Núm. De
Corrida
Co (mgL-1) M (g) Velocidad de
agitación
(rpm)
Kf 105
(ms-1)
Ds1014
(m2s-1)
1 30 5 100 3.72 0.86
2 50 5 100 3.72 0.97
3 70 5 100 3.72 1.08
4 100 5 100 3.72 1.24
5 30 5 50 3.72 0.86
6 30 5 150 3.72 0.86
7 30 5 200 3.72 0.86
8 30 5 250 3.72 0.86
9 30 1 100 3.72 2.16
10 30 2 100 3.72 1.42
11 30 3 100 3.72 1.06
Tabla 1. Coeficiente de transferencia de masa y difusividad en el sólido para la
adsorción de colorante azoico sobre piedra pómez.
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23. • La piedra pómez es un adsorbente adecuado para la
eliminación de tinte de las aguas residuales.
• La Isoterma de Freudlich describe los resultados
experimentales, con A=0,024 mg/g y n=1,469.
• El modelo de difusión se evaluó numéricamente
utilizando el modelo Crank-Nicholson.
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25. Método Crank-Nicholson
• En el campo del análisis numérico, el método de Crank-
Nicholson es un método de diferencias finitas usado para
la resolución numérica de ecuaciones en derivadas
parciales, tales como la ecuación del calor.
• Se trata de un método de segundo orden en tiempo,
implícito y numéricamente estable. El método fue
desarrollado por John Crank y Phyllis Nicolson a
mediados del siglo XX.
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