Evaluación de la capacidad de adsorción-desorción de metales pesados como Cr (VI) y Pb (II) sobre SBA-15 orgánicamente modificada

Abstract

En el presente trabajo de investigación se sintetizaron sílices tipo SBA-15, para ser utilizadas como adsorbentes de iones Pb (II) y Cr (VI). Para ello se llevó a cabo la funcionalización orgánica con 3-aminopropiltrietoxisilano (APTES) con contenidos del 2 al 20% en peso, empleando los métodos post-síntesis y co-condensación. Los sólidos obtenidos fueron caracterizados mediante: Difracción de Rayos X (DRX), Fisisorción de Nitrógeno y Microscopia Electrónica de Barrido (MEB). Todos los sólidos presentaron isotermas de adsorción-desorción de N2 tipo IV no clásica, características de sólidos micro-mesoporosos como el SBA-15. Sin embargo, el área específica y el volumen de poro disminuyeron apreciablemente al incorporar el funcionalizante a la sílice. Por otra parte, la morfología de los sólidos obtenidos por post-síntesis mostró el tamaño y forma de partículas característica de la sílice SBA-15 (estructuras alargadas tipo bastón) a diferencia de los obtenidos por co-condensación, donde la morfología de las partículas fue amorfa. Con los adsorbentes obtenidos mediantes el método post-síntesis se logró obtener resultados significativos en la adsorción de iones Pb (II), aproximadamente del 70% (SBA-15 20% (P-S)), empleando una solución de 100 ppm de Pb (II), mientras que sobre los sólidos obtenidos por el método de co-condensación se logró obtener una adsorción de alrededor del 30%, empleando la misma solución, indistintamente del contenido de funcionalizante. Empleando una solución de 50 ppm la más alta adsorción se obtuvo sobre SBA-15 20% (P-S) y es cercana al 92% de los iones en solución. La adsorción de iones Cr (VI) se ve favorecida a pH 3, debido a la interacción entre las cargas de las especies de cromo y el grupo amino del funcionalizante. Bajo estas condiciones se obtuvo una adsorción de aproximadamente del 85%, empleando la solución de 100 ppm de Cr (VI), para el sólido con mayor contenido de funcionalizante obtenido por el método de co-condensación (SBA-15 10% (Co-C)). Para soluciones de 50 y 25 ppm de cromo la adsorción llega al 93%. Por el contrario la adsorción en los sólidos obtenidos por post-síntesis fue alrededor del 30%, empleando la misma solución. La desorción de los iones Cr (VI) luego de ser adsorbidos en los sólidos funcionalizados por ambos métodos de síntesis, se ve influenciada por la temperatura y el pH, lográndose obtener mayor recuperación de estos iones en los adsorbentes obtenidos por post-síntesis a temperaturas entre 40-50ºC y a pH ≈2 para el caso de los sólidos obtenidos por co-condensación. La isoterma de adsorción obtenida para los mejores adsorbentes sigue el modelo de Langmuir lo que indica que la adsorción ocurre en forma de monocapa.