Equilibrios de adsorción/desorción de desfenil-cloridazon y metil-desfenil-cloridazon en montmorillonita pilarizada : aplicación en la inmovilización de ambos compuestos en columnas de suelos

Abstract

La retención en el suelo de desfenil-cloridazon (DFC) y metil-desfenil-cloridazon (MDFC) es un desafío debido a su impacto en los sistemas suelo-agua, producido por su persistencia y polaridad. Según estudios preliminares, estos compuestos fueron lixiviables en los suelos de Chile, con escasa relación con sus propiedades fisicoquímicas. El uso de arcillas pilarizadas en la retención de compuestos orgánicos es una alternativa por su capacidad adsorbente y versatilidad en su modificación. La pilarización de la montmorillonita mediante la adición de los metales Fe-Al, Zr y Ti permite la separación del espacio entre capas, un aumento del área superficial y de la porosidad de la superficie, además de aumentar potencialmente la interacción con los contaminantes, formando un complejo adsorbato-adsorbente. El objetivo general de esta investigación fue establecer la eficiencia del uso de arcillas pilarizadas a base de montmorillonita como agentes de retención de MDFC y DFC en suelos para mitigar el riesgo de lixiviación y contaminación de las aguas subterráneas. Los objetivos específicos de esta investigación fueron: 1) Evaluar el potencial de la montmorillonita pilarizada con Fe-Al, Zr y Ti como adsorbentes MDFC y DFC, y optimizar las condiciones experimentales que favorecen la adsorción del adsorbente seleccionado 2) Caracterizar los procesos de adsorción y desorción de MDFC y DFC mediante el uso de isotermas y estudios cinéticos, y 3) Evaluar el transporte vertical de MDFC y DFC en columnas de suelo, mediante el uso de adsorbentes seleccionados como barreras de retención en suelos con diferentes propiedades fisicoquímicas. Según estudios preliminares sobre la capacidad de adsorción de diferentes montmorillonitas modificadas, la montmorillonita pilarizada con Ti (Mt-Ti) presentó la mejor adsorción de ambos compuestos. Algunos de los materiales sintetizados se caracterizaron por difracción de rayos X (XRD) y espectroscopia FTIR. Los valores de área de superficie específica también se determinaron utilizando el método BET. Las condiciones del proceso de adsorción en Mt-Ti se optimizaron mediante el desarrollo de un diseño experimental. La adsorción fue descrita por el modelo de Freundlich adsorción en sitios heterogéneos. Los estudios de cinética de adsorción se llevaron a cabo utilizando modelos de pseudo primer y pseudo segundo orden. El modelo Pseudo- segundo orden tuvo un mejor ajuste para la adsorción. Por otro lado, el modelo de difusión intrapartícula permitió identificar dos velocidades de adsorción para la adsorción de MDFC asociadas a dos etapas explicadas por los procesos de transferencia de masa y de difusión en el adsorbente. Estudios de movilidad en columnas empacadas para dos tipos de suelo en presencia de Mt-Ti permitieron establecer una reducción en el riesgo potencial de lixiviación de estos contaminantes, especialmente para MDFC en suelo enmendado Olivar, donde la elución disminuyó de 99% a 62%. Así, se obtuvo una mayor capacidad de retención de MDFC y DFC en arcillas con pilares de titanio, atribuido a un aumento en la fisisorción y afinidad química, y se logró una disminución en el potencial de lixiviación de los analitos, especialmente para MDFC, debido al uso de la enmienda. sobre los suelos de la serie Rinconada y Olivar.

Soil retention of desp henyl chloridazone (DFC) and methyl desphenil cloridazon (MDFC) is a challenge due to their impact on soil water systems, produced by their persistence and polarity. According to preliminary studies, these compounds were lixiviable in Chile’s soils, with a scarce relation ship with their physicochemical properties The use of pilarized clays in the retention of organic compounds is an alternative because of their adsorbent capacity and versatility in their modification. The pillarization of montmorillonite by adding the metals Fe Al, Zr, and Ti allows the separation of the interla yer sp ace, an increase in the surface area and porosity, as well as potentially increasing the interaction with pollutants, forming an adsorbate adsorbent complex. The general objective of th is research was to establish the efficiency of the use of pilarized cla y s based on montmorillonite as MDFC and DFC retention agents in soils, mitigating the risk of lixivia tion and contamination of groundwater. The specific objectives of this research were : 1) to evaluate the potential of montmorillonite pilarized with Fe Al, Zr, and Ti as MDFC and DFC adsorbents and to optimize the experimental conditions that favor the adsorption of the selected adsorbing agent 2) to c haracterize the processes of MDFC and DFC adsorption and desorption by using isotherms and kinetic studies and 3) to assess the vertical transport of MDFC and DFC in soil columns, by using selected adsorbents as retention barriers in soils with different physicochemical properties According to preliminary studies about the adsorption capacity of different modi fied montmorillonites, the mont morillonite pilarized with Ti ( Mt Ti presented the best a d sorption of both compounds Some of the synthetized materials were characterized by X ray diffraction (XRD) and FTIR spectroscopy. Specific surface area values were a lso determined using the BET method. The conditions of the adsorption process in Mt Ti were optimized by developing an experimental design. When optimal conditions were established , adsorption and desorption isotherms were carried ou t. The data were analyzed using the Freundlich and Langmuir models, and fitted to the Freundlich equation that describes adsorption at heterogeneous sites. Adsorption kinetics studies were carried out us ing pseudo primer and pseudo second order models . The pseudo second order model had a better fit for adsorption on Mt ti . On the other hand, the intraparticle diffusion model allowed to identify two stages of different speeds associated with the processes of mass transfer and diffusion in the adsorbent. Mobility studies in packed columns for two soil types in the presence of Mt Ti allowed to establish a reduction in the potential risk of lixiviation of these pollutants, especially for MDFC in Olivar amended soil, where the elution decreased from 99% to 62%. Thus, an increased retention capacity of MDFC and DFC in titanium pillarized clay was obtained, attributed to an increase in the physisorption and chemical affinity and a decrease in the lixiviation poten tial of the analytes, especially for M DF C, due to the use of the amendment on the soils of the Rinconada and Olivar series.