Modelado matemático de curvas de ruptura para la eliminación de 8- hidroxiquinoleína a partir de estudios fundamentales de equilibrio y velocidad de adsorción

Abstract

En el presente trabajo se desarrolló una metodología para predecir matemáticamente la adsorción dinámica mediante estudios fundamentales del equilibrio y velocidad de adsorción de 8-Hidroxiquinoleína (8-HQ) sobre carbón activado granular (CA). El estudio del equilibrio de adsorción reveló que la adsorción de la 8-HQ sobre CA se lleva a cabo por interacciones π- π entre los electrones del CA y la densidad electrónica de la 8-HQ, así como interacciones hidrofóbicas. El estudio del efecto del pH y fuerza iónica sobre el equilibrio de adsorción muestra que las condiciones ácidas y básicas disminuyen la capacidad de adsorción debido a repulsiones electrostáticas entre moléculas de 8-HQ y a la inestabilidad de la densidad electrónica de la 8-HQ provocada por el medio. Los experimentos cinéticos revelaron que la velocidad global de adsorción de la 8-HQ en solución sobre CA depende del régimen de flujo, favoreciéndose en condiciones turbulentas. Además, se demostró que el transporte intraparticular es la etapa controlante, y la solución del modelo PVSDM reveló que la difusión superficial es mucho mayor que la difusión en el volumen de los poros. Con la relación de equilibrio y los coeficientes intraparticulares obtenidos, fue posible predecir significativamente la adsorción dinámica con el modelo de dispersión axial acoplado al modelo de difusión intraparticular sin optimizar algún parámetro. Se realizaron curvas de ruptura experimentales, las cuales validaron el modelo, obteniendo un porcentaje de desviación promedio de 10.6% para el punto de ruptura.

In the present work, a methodology was developed to predict the dynamic adsorption through fundamental studies of adsorption equilibrium and adsorption rate of 8-Hydroxyquinoline (8-HQ) on granular activated carbon (AC). The adsorption equilibrium study revealed that the adsorption of 8-HQ on CA is carried out by π- π interactions between the electrons of CA and the electron density of 8-HQ, and hydrophobic interactions. The study of the effect of pH and ionic strength on the adsorption equilibrium shows that acidic and basic conditions decrease the adsorption capacity due to electrostatic repulsions between 8-HQ molecules and instability of the electron density of 8-HQ caused by the medium. Kinetic experiments revealed that the overall adsorption rate of 8-HQ on AC depends on the flow regime, being favored under turbulent conditions. However, intraparticle transport is the controlling step, and the solution of the PVSDM model revealed that surface diffusion is more important than pore volume diffusion. Based on the equilibrium relationship and the intraparticle coefficients obtained, it was possible to predict the real behavior of the adsorption columns without optimizing any parameter. Experimental breakthrough curves were performed to validate the model, obtaining an average percentage deviation of 10.6% for the breakthrough point.