Caracterización de una chabasita natural sonorense y evaluación de su potencial para utilizarse en la remoción de metales pesados en agua

Abstract

Tesis de doctorado en ciencia de materiales. En esta tesis se estudió a una zeolita mexicana, tanto en su caracterización como en su uso para remover metales pesados en agua. Para llevar a cabo lo anterior, se utilizó una roca zeolítica tipo chabasita proveniente de un yacimiento ubicado en el municipio de Divisaderos, Estado de Sonora, México. Se molió, se tamizó y se caracterizó mediante diferentes técnicas. Posteriormente, se evaluó a la zeolita en su forma homoiónica, por lo que se modificó la superficie externa con NaOH y NH4NO3. Obteniendo tres diferentes muestras, identificadas como MXZ, para la forma natural; MXZNa, para la muestra modificada con NaOH y MXZNH, para la muestra modificada con NH4NO3. Se realizaron experimentos en lote para llevar a cabo la remoción de iones plomo, cadmio y cobre en las tres muestras, las cuales presentaron diferentes eficiencias de remoción, destaca que la muestra MXZ demostró tener los cationes de intercambio (Ca2+, Mg2+, Na+ y K+) suficientes para la remoción del ion plomo, pues reportó una eficiencia de 90% desde los primeros 10 minutos de contacto con una solución en concentración de 1000 mg de plomo/L. Mientras que las eficiencias en tiempos y concentraciones similares para cadmio y cobre fueron de 30% y 20%, respectivamente. Por lo anterior, se decidió realizar las cinéticas de adsorción para el ión plomo con la muestra MXZ utilizando 8 diferentes concentraciones (100, 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000 y 2500 mg plomo/L). Los resultados experimentales de las curvas de ruptura se ajustaron a los modelos matemáticos de Langmuir y Freundlich con el propósito de identificar los mecanismos dominantes en el equilibrio del sistema en estudio. Se evidencia que los resultados obtenidos ajustan en ambos modelos, obteniendo buenas constantes de regresión lineal, siendo R2 = 0.94 para el modelo de Langmuir y R2=0.92 para el modelo de Freundlich; atribuyendo el ajuste en los dos modelos por la heterogeneidad del material. Con los resultados obtenidos se logró proponer la fórmula molecular Na0.302K0.138Ca0.358Mg0.544Ti0.024Sr0.007Ba0.007Fe0.243[Al1.979Si6.086O24]•14.5H2O para la muestra en estudio; se identificaron las fases cristalinas, destacando la presencia de la zeolita tipo chabasita, se demostró lo innecesario de modificar la zeolita para remover iones plomo en solución acuosa y se obtuvo que la chabasita sonorense tiene alta estabilidad térmica (>600°C). Por lo anterior, se concluyó que la chabasita sonorense puede usarse en el campo medioambiental tanto para la remoción de metales pesados en agua como en el área de catálisis, esta última por la alta estabilidad térmica que presenta. Finalmente, el actual estudio realizado con una chabasita sonorense relativamente poco estudiada y con un enfoque en el uso de la remediación a la contaminación ambiental, puede ser de gran importancia para la región.