Memoria para optar al título de Químico / En la presente Memoria de Titulo se desarrolló el estudio de la remoción de los metales pesados
Cu(II) y Zn(II) desde soluciones acuosas que simulan aguas ácidas de minas, mediante dos
metodologías distintas de adsorción, la microencapsulación de extractantes orgánicos no-específicos
y el uso de los silicatos de calcio y magnesio nanoestructurados. La síntesis de las microcápsulas se
desarrollo mediante el método de polimerización radicalaria in situ empleando como monómeros
estireno y etilenglicol-dimeta-acrilato y como extractantes los compuestos PC-88A (un ácido
alquilfosfónico) y LIX-860 N-IC (una hidroxioxima quelante). Los silicatos de calcio y magnesio
nanoestructurados se sintetizaron siguiendo una ruta sencilla y económica en base a la reacción de
una solución de silicato de sodio y los hidróxidos de calcio y magnesio, respectivamente. Ambos
tipos de adsorbentes fueron caracterizados física y químicamente, empleando diferentes
metodologías, entre ellas, las de microscopía electrónica de barrido, análisis de porosimetría,
tamaño de partículas, difracción de rayos X y la determinación de los contenidos de extractantes en
las microcápsulas.
Posteriormente se realizaron diversos experimentos de adsorción de los iones metálicos Cu(II) y
Zn(II) desde soluciones acuosas con ambos tipos de adsorbentes, buscando obtener en primer lugar
una buena remoción de ellos desde las fases acuosas de alimentación. A continuación, y con el
propósito de estudiar el comportamiento de la adsorción de los metales (adsorbatos) en las
microcápsulas y los silicatos nanoestructurados (adsorbentes), se realizaron experimentos de
equilibrio y cinética de adsorción en reactores en batch y en condiciones de acidez establecidas en
etapas previas de este proyecto de investigación. Los resultados de los experimentos de equilibrio
de adsorción fueron analizados mediante varios modelos teóricos, concluyéndose que el que mejor
explicó los resultados obtenidos fue el modelo teórico-empírico basado en la isoterma de Redlich-
Peterson. Los resultados de los experimentos cinéticos fueron en todos los casos bien explicados
mediante un modelo cinético de pseudo-segundo-orden, basado más en la capacidad adsortiva de
los sólidos que en la concentración de los metales en solución. Determinaciones de energías de
activación en un rango de temperatura entre 20ºC y 60ºC, indicaron que desde el punto de vista
cinético, la adsorción en las microcápsulas sería controlada más bien por la difusión de los iones
metálicos en la solución acuosa. En cambio al emplear los silicatos nanoestructurados, la cinética
sería controlada en algunos casos en forma compartida entre la difusión de los iones metálicos en la
solución acuosa y la reacción química entre el metal y los grupos hidroxilos y poli-silanoles del
adsorbente. / In this work was studied the removal of heavy metals Cu(II) and Zn(II) from aqueous solutions that
simulate acidic mine waters, by means of two different sorption methodologies, the
microencapsulation of non-specific extractants and the employ of nano-structured calcium and
magnesium silicates. The synthesis of microcapsules was conducted employing an in situ radicalary
polymerization method using as monomers styrene and ethylene-glycol-dimethacrylate and as
extractants PC-88A (an alkylphosphonic acid) and LIX-860 N-IC (a chelating β-hydroxioxime).
The nano-structured calcium and magnesium silicates were synthesized following a simple and
economical route based on the reaction of a sodium silicate solution and calcium and magnesium
hydroxides, respectively. Both types of sorbents were physically and chemically characterized using
diverse methodologies, among them, scanning electron microscopy, porosimetry analysis, particle
size, X-ray diffraction and the determination of extractants content in the microcapsules.
Then, diverse sorption experiments were carried out attempting to remove Cu(II) and Zn(II) ions
from aqueous solutions with both sorbents. The first purpose of these experiments was to get an
efficient uptake of these metallic ions from feed phase. Next step was to study the sorption behavior
of metals (adsorbates) onto the microcapsules and the nano-structured silicates (sorbents), being
carried out by sorption equilibrium and kinetics experiments in batch reactors using acidity
experimental conditions set up in previous stages of this research project. Results of sorption
equilibrium experiments were analyzed using several theoretical models, being determined that the
model that best explained the experimental results was the empirical-theoretical model based on
Redlich-Peterson isotherm. Sorption kinetics experimental results were in all cases fairly well
explained by a pseudo-second-order model based more in the sorption capacity of solids than in the
concentration of metals in solution. Measurements of activation energies in the 20-60ºC range
revealed that from a kinetics point of view, the sorption of metals onto the microcapsules would be
controlled by the diffusion of metallic ions in the aqueous phase. In turn, when the nano-structured
silicates are used as sorbents, the kinetics would be governed in a shared way by the diffusion of
metallic ions in the aqueous phase and the chemical reaction between the metal and the hydroxil
and poly-silanol groups of the sorbent. / Fondecyt
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UCHILE/oai:repositorio.uchile.cl:2250/111237 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Yáñez Bellido, Sebastián Andrés |
| Contributors | Valenzuela Lozano, Fernando, Basualto Flores, Carlos, 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 |
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