Modificación superficial de una zeolita de origen natural para su aplicación como remediador ambiental de sulfato

Abstract

El sulfato es un contaminante de origen tanto natural como antropogénico. En este caso, es la industria minera la principal fuente de la liberación de sulfato hacia los cuerpos de agua continentales y subterriáneos. La problemática ambiental radica en la dificultad para encontrar un método eficiente y de bajo costo que sea capaz de remover sulfato, cumpliendo no sólo con la normativa existente sino también evitando la generación de problemas secundarios. En el presente trabajo, se estudió la adsorción de sulfato en una zeolita de origen natural proveniente de un yacimiento minero ubicado en la Séptima Región de Chile (coordenadas geográficas 36"16' S '7l'40' O). La superficie de la zeolita se modificó con el policatión Superfloc@ C-58i (SC-581) para aumentar su capacidad de remoción de ariones. La zeolita natural fue caracteruada, estableciéndose que presenta un pH de 6,6, una razón S7AF3,8, el tamaño de parlícula predominante es < 20 pm (75%), posee un valor de PIE igual a 3,1 y se clasifica como zeolita del tipo mordenita. La fircrza iónica influye en la adsorción de sulfato, se determinó que al aumentar la fuerza iónica de 0,05 a 0,1 mol'L'r (controlada con KC1), la adsorción de sulfato disminuye, 1o cual podría deberse a la competencia de iones clorwo con el sulfato. E1 proceso de adsorción cambia comparar la zeolita natural con la zeolita modificada con SC-581 a ambas fuerzas iónicas, ello implica que no es posible describirlo con un mismo modelo, impidiendo una comparación de los parámetros que describen la adsorción. Así, xvll las condiciones experimentales consideran sólo una flierza ilnica de 0,05 mol L-t para realizar los estudios de adsoroión pertinentes. La zeolifa natural modificada mediante el policatión SC-581, resulta en una zeolita con carga positiva al pH de trabajo, con mayor capacidad de adsorber sulfato. Esta modificación fue monitoreada mediante medidas de potencial zeta (PZ). El valor del PIE aumentó desde 3,1 a 4,2 fras la modificación. Si bien la carga de la zeolita corresponde principalmente a carga permanente, existe un apofte de carga variable dependiente del pH que le otorga a la superficie algunos sitios de adsorción positivos que fueron capaces de adsorber sulfato. La capacidad de adsorción de sulfato aumentó más de un 100% tras la modificación superficial de la zeolita, obteniéndose máximos de adsorción de 1,48 y 3,10 mg'g-t para la zeolita natwal y zeolita modificada con SC-581, respectivamente, debido a la generación de sitios positivos sobre su superficie. Los resultados obtenidos permitirían proyectar esta zeolita modificada como potencial remediador ambiental de sulfato, controlando la fuerza iónica y pH del medio.

The sulfate is a contaminant whose ptesence in water comes liom natural a¡rd anthropogenic sources, among the latter, the mine industry is the main source of sulfate's release into watercourses {iom the extraction processes. The environmental issue is the difficulty to find an efficient method capable of removiug sulfate without causing secondary problems. The aim of this thesis is to study tlre adsorption of sulfate in a natural zeolite coning from a mine located in Seventh Region of Chile (geographical coordinates 36' l6'S 71' 40'W), and modit/ their surface witlr polycation Superfloc@ C-581 (SC-581) in order to increase its capacity for removal. In a fi¡st instance, the natural zeolite was characterized by determination of pH, total surface area, Si/Al ratio, particle size, chemical composition, morphology and isoelectric point. The results showed that the zeolite has a pH of 6,6, the Si/Al ratio is 3,8, the predominant particle size < 20 ¡rm (75%), has a IEP value equal to 3, I and it is classified as mordenite type zeolite. A study to determine the effect of ionic strength on the adsorption of sulfate indicated that with increasing ionic strength from 0,05 to 0,1 mol L-r (controlled with KCI) sulfate adsorption decreases, which could be due to the chloride ion competition with the same sulfate. The adsorption process changes and prevents obtain parameters to compare the natural zeolite with zeolite modified with SC-581, which was established by an ionic strength of0,05 mol L-r fo¡ relevant adsorption studies. Natural zeolite was modified by the addition of polycation SC-581, yielding a positively charged zeolite capable of sorbing sulfate. This modification was monitore d by zeta potential measurements. The value ofIEP increased from 3,1 to 4,2 after modification. Although the zeolite charge corresponds mainly to pemanent charge, there is a supply ofpH-dependent variable charge which gives the surface a few positive adsorption sites able to hold sulfate. The amount of adsorbed sulfate increased by 100% after the surface modification of zeolite, obtaining maximum adsolption of 1,48 and 3,10 mg'g-l for natural zeolite and zeolite modified with SC-581, respectively, due to generation of positive sites on its surface. The results obtained allow project this modilied zeolite as ¿ potential environmental remedial controlling the ionic strength and pH.