Adsorción de Amonio en Solución Acuosa sobre Diversos Materiales y Nanomateriales

Abstract

En este trabajo se estudió la adsorción de amonio en solución acuosa sobre diatomita natural (DTM), diatomita modificada con cloruro de magnesio a la relación de MgCl2/NaOH optima (DTM-MgOP) y carbón amorfo dopado con nitrógeno CADN. Se investigó la influencia de la modificación con magnesio sobre la capacidad de adsorción de la diatomita y se comparó su desempeño con el del material natural y el CADN. Los materiales se caracterizaron mediante diferentes técnicas avanzadas de caracterizacion, la cual demostró que la modificación con magnesio incrementó el área específica, el volumen de poro y la capacidad de intercambio catiónico, además favoreció la incorporación de especies de MgO y Mg(OH)2 sobre la superficie de la diatomita. Los datos experimentales de equilibrio se interpretaron satisfactoriamente mediante el modelo de Radke-Prausnitz para la diatomita y la DTM-MgOP, y el modelo de Langmuir para el CADN. Las capacidades máximas de adsorción de amonio siguieron el orden DTM- MgOP > CADN > diatomita, con valores de 61.40, 24.21 y 20.75 mg/g, respectivamente y fueron evaluados a las condiciones experimentales de (25 °C, pH = 7 e I = 0.01 N). Los estudios del efecto del pH, la fuerza iónica, la temperatura, la adsorción-desorción y la liberación de cationes demostraron que el intercambio catiónico constituye el mecanismo predominante de adsorción sobre la diatomita y la DTM-MgOP. En conjunto, los resultados demostraron que la modificación con magnesio incrementó aproximadamente tres veces la capacidad de adsorción de la diatomita (20.75 a 61.40 mg/g), convirtiéndola en un adsorbente prometedor para la remoción de amonio en soluciones acuosas.

In this work, it was studied the adsorption of ammonium in aqueous solution onto natural diatomite, magnesium chloride-modified diatomite, and nitrogen-doped amorphous carbon. The influence of magnesium modification on the adsorption capacity of diatomite was evaluated and compared with that of natural diatomite and nitrogen-doped amorphous carbon. The materials were characterized by N2 physisorption, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA), zeta potential, and cation exchange capacity. The characterization results demonstrated that magnesium modification increased the specific surface area, pore volume, and cation exchange capacity of diatomite, while promoting the incorporation of MgO and Mg(OH)2 species onto its surface. The experimental equilibrium data were satisfactorily described by the Radke– Prausnitz model for natural and modified diatomite and by the Langmuir model for nitrogen- doped amorphous carbon. Under the same experimental conditions (25 °C, pH = 7, and ionic strength of 0.01 N), the maximum adsorption capacities followed the order modified diatomite > nitrogen-doped amorphous carbon > natural diatomite, with values of 61.40, 24.21, and 20.75 mg/g, respectively. The effects of pH, ionic strength, temperature, adsorption-desorption experiments, and cation release demonstrated that cation exchange is the predominant adsorption mechanism for natural and modified diatomite. Overall, the results showed that magnesium modification increased the adsorption capacity of diatomite by approximately three times, making it a promising adsorbent for ammonium removal from aqueous solutions.