Optimización de las condiciones de síntesis y propiedades de adsorción del carbón de hueso para procesos de defluoración del agua

Abstract

En el presente trabajo se estudió la optimización de las condiciones de sintesis y propiedades de adsorción del carbón de hueso (CH) para la remoción de fluoruros del agua haciendo un énfasis en el estudio del proceso de carbonización y de la modificación química del adsorbente empleando sales metálicas. Se realizó la optimización de las condiciones de síntesis del CH empleando atmósfera de N2 y CO2. Los resultados obtenidos indicaron que existe una tendencia importante entre la capacidad de adsorción de fluoruros con respecto a las variables involucradas en su síntesis. Se determinó que la temperatura de carbonización es un parámetro crítico para la síntesis de CH destinado a la remoción de fluoruros del agua debido al proceso de deshidroxilación de la hidroxiapatita. También, se estableció que es posible obtener un CH con atractivas propiedades de adsorción de fluoruros utilizando CO2. Con estos estudios se logró sintetizar un CH con una capacidad de adsorción de fluoruros óptima. El CH optimizado mostró un mejor desempeño de remoción que CH comerciales disponibles en el mercado nacional. La caracterización fisicoquímica de las muestras obtenidas permitió comprobar que el mecanismo de remoción asociado es el intercambio iónico entre los iones F- y los OH- de la hidroxiapatita. En una segunda fase, se estudió la modificación del CH con sales metálicas de aluminio y hierro para incrementar sus propiedades de adsorción de fluoruros. Los resultados indicaron que la capacidad de adsorción de fluoruros del agua se incrementó para la mayoría de las muestras de CH modificado con dichas sales donde el desempeño del adsorbente depende de la sal metálica empleada así como de las condiciones utilizadas en la modificación química. Se observó que el CH modificado con sulfato de aluminio mostró el incremento más significativo con una capacidad de adsorción de fluoruros ≈ 31 mg/g, la cual supera a la mayoría de los resultados reportados en la literatura para diferentes adsorbentes. La adsorción de fluoruros se favoreció debido a la incorporación del ión metálico en la estructura del CH y se estableció que el mecanismo de remoción sigue involucrando un intercambio iónico entre los iones F- y OH-. Finalmente, se realizó la evaluación del desempeño del CH dopado con sulfato de aluminio en procesos de adsorción en columnas empacadas de lecho fijo a diferentes condiciones de operación. Los resultados obtenidos indicaron que las condiciones de operación tienen un efecto significativo en el grado de asimetría del perfil de adsorción de fluoruros en el carbón de hueso dopado con sulfato de aluminio. Se observó un desempeño adecuado del CH dopado con aluminio en el proceso de adsorción en continuo y se determinó una capacidad de adsorción máxima de 19.02 mg/g. Se estableció que la remoción de fluoruros en columnas empacadas de lecho fijo con CH dopado con sulfato de aluminio superó en un 500% a los valores reportados para este tipo de sistemas usando carbones de hueso comerciales.