Tratamiento de agua Las zeolitas son una familia de minerales aluminosilicatos hidratados altamente cristalinos, que al deshidratarse desarrollan, en el cristal ideal, una estructura porosa con diámetros de poro mínimos de 3 a 10 angstroms.
Su estructura forma cavidades ocupadas por iones grandes y moléculas de agua con gran libertad de movimiento que permiten el cambio iónico y la deshidratación reversible.
Están compuestas por aluminio, silicio, sodio, hidrógeno, y oxígeno. La estructura cristalina está basada en las tres direcciones de la red con SiO4 en forma tetraédrica con sus cuatro oxígenos compartidos con los tetraedros adyacentes. Las propiedades físicas proveen aspectos únicos para una variedad amplia de aplicaciones prácticas.
Las zeolitas naturales son materiales de aluminosilicato hidratado ambiental y económicamente aceptables con excepcionales propiedades de intercambio iónico y sorción. Su efectividad en diferentes procesos tecnológicos depende de sus propiedades físico-químicas que están estrechamente conectadas a sus depósitos geológicos.
La exclusiva estructura porosa en forma de árbol ofrece a las zeolitas naturales diversas posibilidades de aplicación. Debido al exceso de carga negativa en la superficie de la zeolita, que resulta del reemplazo isomorfo de silicio por aluminio en las unidades estructurales primarias, las zeolitas naturales pertenecen al grupo de intercambiadores catiónicos.
Numerosos estudios hasta ahora han confirmado su excelente desempeño en la eliminación de cationes metálicos de las aguas residuales. Sin embargo, las zeolitas pueden modificarse químicamente mediante sales inorgánicas o tensioactivos orgánicos, que se adsorben en la superficie y conducen a la generación de oxihidróxidos cargados positivamente o micelas tensioactivas, y que permite que la zeolita se una también a aniones, como arseniatos o cromatos, en complejos estables o menos estables.
Las zeolitas naturales tienen ventajas sobre otros materiales de intercambio catiónico, como las resinas orgánicas de uso común, ya que son baratas, exhiben una excelente selectividad para diferentes cationes a bajas temperaturas, lo que se acompaña de una liberación de cationes intercambiables no tóxicos (K+ , Na + , Ca 2+ y Mg 2+) para el medio ambiente, son de tamaño compacto y permiten un mantenimiento simple y económico en las aplicaciones a gran escala.
Tratamiento de aguas con zeolitas naturales.
Tratamiento de aguas residuales
El uso de zeolitas naturales en el tratamiento de aguas residuales es una de las áreas más antiguas y con mayor perspectiva de su aplicación. La presencia de metales pesados (Zn, Cr, Pb, Cd, Cu, Mn, Fe, etc.) en las aguas residuales es un problema ambiental grave y su eliminación por las zeolitas naturales se ha estudiado ampliamente junto con otras tecnologías, incluida la precipitación química, iones intercambio, adsorción, filtración por membrana, floculación de coagulación, flotación y métodos electroquímicos [ 3] Investigaciones recientes de zeolitas naturales como adsorbentes en el tratamiento de aguas y aguas residuales, sus propiedades y la posible modificación de zeolitas naturales han sido objeto de muchos estudios.
Diversas zeolitas naturales en todo el mundo han demostrado una buena capacidad de intercambio iónico para cationes, como el amonio y los iones de metales pesados. La modificación de las zeolitas naturales se puede realizar mediante varios métodos, como el tratamiento con ácido, el intercambio iónico y la funcionalización del tensioactivo. Las zeolitas modificadas pueden mostrar una alta capacidad de adsorción también para materia orgánica y aniones [ 4 ].
Tratamiento de aguas superficiales y subterráneas.
También se investigó la aplicabilidad de las zeolitas naturales para la eliminación simultánea de amoníaco y ácido húmico, dos de los contaminantes actuales más encontrados, de las aguas superficiales. Su eliminación depende del valor del pH, las concentraciones iniciales de ácido húmico y amoníaco, la temperatura y el tiempo de contacto. Los resultados obtenidos indicaron que la zeolita mostró el mejor rendimiento para la eliminación simultánea de amoníaco y ácido húmico a un pH cercano al de las aguas naturales [ 5 ].
El uso de zeolitas naturales y modificadas se ha investigado más a fondo para la eliminación simultánea de iones Fe y Mn de muestras de agua subterránea. En particular, los niveles de eliminación de Fe y Mn están entre 22-90% y 61-100% para zeolita natural – clinoptilolita [ 6] El desarrollo de métodos nuevos y rentables para eliminar As del agua subterránea y el agua potable también se convierte en una de las prioridades de investigación. La presencia de arsénico en las aguas subterráneas naturales se debe a la composición geológica del suelo.
Tratamiento de agua potable y aguas grises.
Se utilizan varios métodos convencionales para la eliminación de contaminantes del agua potable, como la coagulación seguida de filtración, procesos de membrana e intercambio iónico. Los métodos de adsorción demostraron ser efectivos, económicamente eficientes, fáciles de realizar y construir. Se realizaron algunos experimentos para estudiar la eficacia de la clinoptilolita de zeolita natural y del sistema de clinoptilolita-Fe en la eliminación de Cu, Mn, Zn, que se encuentran simultáneamente en muestras de agua. Una propiedad muy singular de las zeolitas naturales es su selectividad hacia los catiónicos. Los excelentes resultados de los experimentos de adsorción, especialmente para las formas modificadas junto con el hecho de que el sistema de clinoptilolita-Fe es económico, fácil de sintetizar y regenerar, inofensivo para los seres humanos, así como para el medio ambiente,7 ] El uso de hidróxido de hierro / aluminio para eliminar el arsénico del agua es una tecnología probada.
Un método alternativo para mejorar el rendimiento es utilizar sorbentes de grano grueso para aumentar la velocidad de flujo y el rendimiento del proceso. La eliminación del arsénico del agua potable se estudió mediante el uso de adsorbentes modificados (zeolita natural) preparados mediante el uso de diferentes soluciones de hierro. La sorción de arsénico en la zeolita intercambiada con Fe podría alcanzar hasta 100 mg / kg [ 8 , 9 ]. La alta superficie del sistema de óxido de hierro de zeolita natural (clinoptilolita) modificada en condiciones muy básicas, también puede mejorar la eliminación de cationes, como el Cu, del agua potable. El área de superficie específica de clinoptilolita modificada aumentó hasta 5 veces (de 30 a 151 m 2/ g) y la cantidad máxima de iones de Cu adsorbidos fue de 13,6 mg / g de zeolita para clinoptilolita natural y de 37,5 mg / g para clinoptilolita modificada [ 10 ]. A pesar de muchas evidencias científicas de la efectividad de las zeolitas en la eliminación de aniones, hasta la fecha no se utilizan muchas de ellas a mayor escala.
Las altas concentraciones de iones de flúor en el agua subterránea de hasta más de 30 mg / L se producen ampliamente, especialmente en los Estados Unidos de América, África y Asia. Más de 260 millones de personas en todo el mundo consumen agua potable con un contenido de fluoruro de> 1.0 mg / L. Las técnicas disponibles para la eliminación de F – aniones del agua potable son técnicas de membrana, diálisis, electrodiálisis y finalmente técnicas de adsorción. La zeolita natural de tipo clinoptilolita se preacondicionó con solución de ácido nítrico antes de cargar con Al3+ , La 3+ o ZrO 2+ . Las zeolitas bajas en sílice cargadas con aluminio como adsorbentes para los fluoruros mostraron que las zeolitas modificadas podían desfluorizar el agua por debajo de la concentración máxima permisible (MAC) de la OMS de 1,5 mg / L. La adsorción máxima de fluoruro estuvo en el rango de pH de 4–8 [ 11 ].
Las altas concentraciones de nitrato en las fuentes de agua potable pueden conducir a un riesgo potencial para el medio ambiente y la salud pública. La eficacia de eliminación de los NO 3 12 –Los iones se pueden aumentar mediante el tratamiento de las muestras de clinoptilolita con HDTM + (hexadeciltrimetilamonio) o bromuro de cetilpiridinio (CPB) [ ]. El agua gris es el agua residual originada en el baño y la lavandería en los hogares. El amonio es uno de los contaminantes de aguas grises más importantes. Las zeolitas naturales y modificadas se utilizan para su purificación y muestran un buen rendimiento con hasta un 97% de eliminación de amonio dependiendo del tiempo de contacto, la carga de zeolita, la concentración inicial de amonio y el valor de pH. Los estudios de desorción-regeneración demostraron que la desorción de amonio en el la zeolita es suficientemente alta.
La aplicación tecnológica de las zeolitas naturales en el tratamiento del agua.
Numerosos y excelentes resultados de investigación en los últimos 10 años han demostrado que las zeolitas naturales tienen un uso práctico, lo que está confirmado por una gran cantidad de patentes, especialmente para los dos minerales de zeolita naturales: clinoptilolita y modernitas. El número de patentes es sustancial para ambos tipos de zeolita, lo que da un claro aviso de que el sector comercial alienta el interés del investigador en las zeolitas naturales y cubre el uso en hogares o en procesos y tratamientos industriales / a gran escala.