Memoria para optar al título de Químico / En esta Memoria se estudió la síntesis y caracterización de silicatos de calcio
nano-estructurados modificados con Mg y Fe para su uso como adsorbente
para la remoción de iones fosfatos y arseniatos respectivamente, en el
tratamiento de aguas ácidas de mina. La modificación con Mg se realizó
reemplazando durante la síntesis de los silicatos, átomos de Ca por Mg
empleando Mg(OH)2. A su vez, la modificación con Fe se realizó empleando
alternativamente FeCl3 o Fe(OH)3 preparado in situ. La síntesis de los
silicatos modificados resultó ser sencilla y reproducible, obteniendo
rendimientos promedios cercanos al 80-90%. No obstante, se observó un
límite de reemplazo de los átomos de Ca por Mg alrededor del 30% molar, y
de 13% molar para la modificación con Fe. Ambos adsorbentes fueron
caracterizados mediante análisis SEM, difracción de rayos X, porosimetría
BET y determinación de distribución de tamaño de partícula. Estos revelaron
que los adsorbentes poseen una estructura amorfa y una superficie porosa, con
áreas superficiales variables entre 60 y 150 m2/g y una distribución de tamaño
de partículas del orden de 350 nm. Análisis químico confirmaron el % de
reemplazo de los átomos de calcio por Mg y Fe en la estructura de los
silicatos.
La adsorción de iones fosfato mediante los silicatos de calcio nanoestructurado
modificado con Mg y de arseniatos con los silicatos de calcio
nano-estructurado modificado Fe resultó ser eficiente y muy rápida en todo el
rango ácido estudiado. Se midieron capacidades de carga variable entre 60-
125 mg PO4
3-/g de silicato y de 2,5-14 mg de arseniato/g de silicato. El
mecanismo de adsorción se basa en la presencia en el silicato de átomos de
Ca, Mg y Fe que actúan como sitios de enlace para la formación de fosfatos y
arseniatos insolubles y estables. La aplicación de un modelo cinético de
pseudo-segundo-orden se ajustó a los resultados experimentales obtenidos
durante la adsorción de ambos aniones al emplear ambos adsorbentes
silicatados modificados. Es claro que estos adsorbentes presentan un gran
potencial de uso en el tratamiento de aguas ácidas contaminadas con especies
iónicas / In this work is studied the synthesis and characterization of nano-structured
calcium silicates modified with Mg and Fe in order to use them as sorbents for
removing phosphate and arsenates respectively, as treatment of acid mine
waters. The modification with Mg was conducted by replacing during the
silicate synthesis, Ca atoms by Mg using Mg(OH)2. In turn, the modification
with Fe was carried out employing alternatively FeCl3 or Fe(OH)3 prepared in
situ. The synthesis of modified silicates is simple and reproducible being
obtained yields close to 80-90%. However, the modification presented some
limits: 30% molar for the replace of Ca by Mg atoms and 13% molar for the
modification with Fe due a loss of the nano-structure of the sorbents over
these values. Both sort of sorbents were characterized using SEM analysis, Xray
difraction, BET porosimetry and measurements of distribution of particle
size. The analysis revealed that the sorbents present an amorphous structure
with a porous surface, having surface areas variable between 60 and 150 m2/g
and a particle size distribution around 350 nm. Chemical analysis confirmed
the replacing of Mg and Fe atoms by calcium on the silicate structure.
The adsorption of phosphate ions by means of nano-structured calcium
silicates modified with Mg and that of arsenates by nano-structured calcium
silicates modified with Fe were highly efficient and fast in all the studied pH
range. It were measured the following sorption loading capacities: 60-125 mg
PO4
3-/g silicate and 2.5-14 mg de As/g silicate. The adsorption mechanism is
based on the presence in the silicate of Ca, Mg and Fe that act as bonding
sited for the formation of very insoluble and stable phosphate and arsenate
salts. A pseudo-second-order-kinetic model was applied to explain the
experimental results obtained during the sorption process, being observed a
very good agreement between the experimental values and those calculated by
the model. Finally, it is possible to state that these sorbents present a huge
potential for using them in the treatment of acid waters polluted with ionic
species / Fondecyt
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UCHILE/oai:repositorio.uchile.cl:2250/138856 |
| Date | January 2015 |
| Creators | Martorana Iligaray, Leonardo Andre |
| Contributors | Valenzuela Lozano, Fernando, Montes Atenas, Gonzalo, Ide Opazo, Viviana Alejandra, Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas, Departamento de Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química, Laboratorio de Operaciones Unitarias e Hidrometalurgia |
| Publisher | Universidad de Chile |
| Source Sets | Universidad de Chile |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | Tesis |
| Rights | Atribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 Chile, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/cl/ |
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