Evaluación teórico-experimental del proceso de adsorción de oxianiones de cromo y arsénico en resinas porosas altamente entrecruzadas utilizando un modelo hidrogeoquímico Public Deposited
En este estudio se analizó el mecanismo de adsorción de los oxianiones de Cr(VI) y As(V) empleando una resina hiperentrecruzada funcionalizada con piridina (RPD) y funccionalizada con piridina y propanosultona (RPS). El copolímero precursor se sintetizó mediante la técnica de polimerización por radicales libres en suspensión y posteriormente se funcionalizó con los respectivos grupos funcionales. Ambas resinas se caracterizaron para evaluar la morfología superficial por medio de microscopia electrónica de barrido, el área superficial específica por medio del método EGME, la concentración de sitos activos y sus constantes de disociación junto con la carga superficial y el punto de carga cero por titulaciones potenciométricas y el programa Protofit. El posible mecanismo de adsorción se analizó usando modelos empíricos y mecanísticos. El análisis por medio de modelos empíricos se realizó usando isotermas de adsorción con Cr(VI) y As(V) para ambas resinas, probando los modelos de Langmuir, Freundlich y Redlich-Peterson y cinéticas de adsorción evaluando los modelos de pseudo primer orden, pseudo segundo orden y el modelo de Elovich. La cuantificación de Cr(VI) en la solución se realizó por el método de la difenilcarbazida y la cuantificación de As total por medio de espectroscopía de absorción atómica con horno de grafito. El análisis por medio de modelos mecanísticos se realizó utilizando el modelo de complejación superficial CD-MUSIC por medio del programa PHREEQC usando la resina RPD. Las constantes de complejación de las reacciones empleadas se determinaron por medio del programa PEST, las capacitancias, junto con los valores de distribución de carga de los planos en el modelo avanzado de la triple capa de Stern, fueron obtenidas de la literatura y optimizadas con PEST. Las resinas presentaron un diámetro promedio de 0.95 mm con formación de mesoporos. Ambas resinas, RPD y RPS, presentaron una elevada área superficial específica de 951 y 822 m2 g-1, respectivamente. Tanto la resina RPD como la RPS presentaron el doble de capacidad de remoción de Cr(VI) (aproximadamente 100 mg g-1) en comparación a As(V) (aproximadamente 50 mg g-1). Las isotermas de adsorción de Cr(VI) presentaron más características del modelo de Langmuir y las de As(V) más del modelo de Freundlich. El modelo cinético de pseudo segundo orden se ajustó mejor en la mayoría de las resinas evaluadas con Cr(VI) y As(V) a excepción de la cinética de As(V) con la resina RPS, la cual se ajustó al modelo de pseudo primer orden. Los resultados del modelamiento con la resina RPD usando el modelo CD-MUSIC mostraron un mejor ajuste con As(V) que con Cr(VI). En ambos casos predomino la formación de complejos monodentados mononucleares
In this study the mechanism of adsorption of the oxyanions of Cr(VI) and As(V) was analyzed on a hyper-cross-linked resin functionalized with pyridine (RPD) and functionalized with pyridine and propanosultone (RPS). The precursor copolymer was synthesized by the technique of free radical polymerization in suspension and subsequently functionalized with the respective functional groups. Resins surface morphology was evaluated by scanning electron microscopy, while specific surface area was evaluated by the EGME method. The number of active sites, their dissociation constants, surface charge, and zero point charge were evaluated by potentiometric titration and Protofit. The evaluation of the adsorption mechanism was done using empiric and mechanistic models. Adsorption data of Cr(VI) and As(V) on the two types of the resins were analysed according to Freundlich, Langmuir and Redlich-Peterson adsorption models. Pseudo first order, pseudo second order and Elovich Kinetic models were analysed too. Cr(VI) at the solution was quantified by a colorimetric method based on diphenylcarbazide and As(V) through graphite furnace atomic absorption spectroscopy. The mechanistic analysis was done using the CD-MUSIC model included in PHREEQC using the RPD resin. The complexation constants of the reactions were determined with the software PEST, the capacitances and the charge distribution at the different planes into the advanced triple layer model were obtained from the literature and optimized by PEST. Results showed that the resins had an average diameter of 0.95 mm with mesoporous formation. Both resins, RPD and RPS, had a high specific surface area of 951 and 822 m2 g-1, respectively. The removal capacity of Cr (VI) (approximately 100 mg g-1) was twice the removal capacity of As (V) (approximately 50 mg g-1) for both RPD and RPS resins. Cr(VI) experimental data were better fitted to the Langmuir equation than to Freundlich equation. In contrast, As(V) experimental data were better fitted to the Freundlich equation than to Langmuir equation. For the kinetics, Cr(VI) and As(V) experimental data were better fitted to the the pseudo first order model, except for As(V) on RPS, which was better fitted to the pseudo first order model. As(V) adsorption on RPD using the CD-MUSIC model in PHREEQC showed a better fit than Cr(VI) adsorption on RPD. In both cases, As(V) and Cr(VI) adsoption on RPD was mostly explained by the formation of mononuclear monodentate complexes as calculated by surface complexation modelling
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