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REMOCIÓN DE CROMO VI, MEDIANTE
EL
USO DE HIDRÓXIDOS DOBLES
LAMINARES
CON ÓXIDOS MIXTOS
(HDL-OM)
Érika Murgueitio
1
, William Pilco
2
1
Departamento de Ciencias de la Tierra y la Construcción, Escuela Politécnica del
Ejercito;
2
Carrera de Ingeniería en Biotecnología, Escuela Politécnica del Ejército
Sangolquí, 02-2339044, esmurgueitio@espe.edu.ec
R
esumen
El cromo es un metal de transición duro, frágil, gris acerado y brillante. Su estado de oxidación más
alto es el VI, aunque estos compuestos son muy oxidantes. Los estados de oxidación IV y V son poco
frecuentes, mientras que los estados más estables son II y III. El cromo hexavalente del medioambien-
te suele ser el resultado de aplicaciones como la fabricación de productos químicos, textiles, cuero y
pintura para electrodeposición. El cromo (VI) es mayoritariamente tóxico para los organismos; puede
alterar el material genético y causar cáncer. La Organización Mundial de la Salud (OMS) recomienda
desde 1958 una concentración máxima de 0,05 mg/litro de cromo (VI) en el agua de consumo. En
este contexto, la presente investigación propone el uso de hidróxidos dobles laminares-óxidos mixtos
para disminuir la concentración de cromo V+, desde aguas contaminadas. Los hidróxidos dobles la-
minares-óxidos mixtos fueron sintetizados en el Laboratorio de Medio Ambiente de la ESPE, con una
relación molar de Al/Mg de 4:1, con anión carbonato como ión intercambiable. Se trabajó con reactivos
grado técnico y grado reactivo para abaratar los costos de fabricación de los sorbentes con los que se
realizaron pruebas en lotes, utilizando agua sintética con iones competidores y diferentes concentracio-
nes de cromo VI. Se observó que al sintetizarlos con químicos grado técnico, el rendimiento de la sín-
tesis disminuyó en 8% respecto a la síntesis con reactivos grado reactivo. Los resultados obtenidos en
el ensayo en lotes indica que de una concentración inicial de 120 ppm se removió un 35%. Los estudios
mostraron que la remoción de cromo VI puede atribuirse a complejos de esfera interna mediante reac-
ciones coulómbicas y ácido base de Lewis. Se realizaron pruebas de adsorción aplicando los modelos
de Langmuir y Freundlich, y este último fue el que presentó los mejores resultados.
Palabras claves: hidróxido doble laminar, óxidos mixtos, cromo VI, agua sintética
A
bstract
Chromium is a transition metal hard, brittle, steel-gray and bright. Its oxidation state higher the VI,
although these compounds are very oxidising. The oxidation states IV and V are rare, while more
stable states are II and III. Hexavalent chromium environment is often the result of applications such
as chemical manufacturing, textiles, leather and electrodeposition paint. Chromium (VI) is mainly
toxic to the body. This can alter the genetic material and cause cancer. The World Health Organiza-
tion (WHO) recommended in 1958 a maximum concentration of 0.05 mg / liter of chromium (VI)
in drinking water. In this context this research suggests the use of layered double hydroxides-mixed
oxides to decrease the concentration of chromium V +, from contaminated water. The layered double
hydroxides-mixed oxides were synthesized at the Laboratory of Environment of the ESPE, with a
molar ratio of Al / Mg ratio of 4:1 with carbonate anion as ion exchangeable Worked with technical
grade reagents and reagent grade to lower manufacturing costs of the sorbents with those tested in
batches, using synthetic water with competing ions and different concentrations of chromium VI. It
was observed that the technical grade chemical synthesize with the yield of the synthesis was de-
ISSN 1390-5740 Número 12 Vol. 2 (2014)
ISSN 2477-9105
Mugueitio, Pilco
5
3
creased 8% compared to the synthesis with reagent grade reagents. The results obtained in the batch
test indicates that an initial concentration of 120 ppm was removed by 35%. Studies showed that the
removal of chromium VI can be attributed to inner-sphere complexes by reactions coulómbicas acid
and Lewis base. Balance tests were performed using the Langmuir and Freundlich models, with the
Freundlich model which presented the best results.
Keywords: laminar, double hydroxide mixed oxides, chromium VI, synthetic water
INTRODUCCIÓN
La contaminación por cromo VI represen-
ta un grave peligro ya que ha sido cata-
logado en la lista A de elementos cance-
rígenos. En trabajadores, la inhalación de
cromo VI ha provocado cáncer de pulmón.
De igual manera, la exposición mediante
agua potable ha generado un aumento de
tumores estomacales (1). Se han reportado
los efectos tóxicos del cromo (III) y (VI)
en el medioambiente: la presencia de cro-
mo (III) en bajas concentraciones parece
ser importante en el metabolismo humano,
y el cromo (VI) es tóxico para bacterias,
plantas y animales.
El cromo VI es utilizado en la industria
para remoción de otros metales pesados, como el arséni-
co. Se indica que los óxidos de Fe III hidratados pueden
remover selectivamente metales pesados y retener sus
características intrínsecas de sorción/desorción, redox,
ácido-base o magnéticas. Mientras que la hidrotalcita
proporciona buena resistencia mecánica, durabilidad y
propiedades hidráulicas favorables.
Por lo tanto, en el presente trabajo se planea estudiar la
disminución de cromo VI empleando los HDL-OM sin-
tetizados.
MATERIALES Y MÉTODOS
REACTIVOS
Se emplearon reactivos grado analítico ACS (American
Chemical Society): sulfato de magnesio heptahidratado
(MgSO .7 H O, 98%, Merck), sulfato de aluminio octa-
4 2
de galvanoplastia para el cromado de decahidratado (Al (SO ) .18 H O, 98%, Sigma Aldrich),
2 4 3 2
piezas metálicas. Según el Ministerio
del Ambiente (2), se presenta ocasional-
hidróxido de sodio (NaOH, 98%, Merck), carbonato de
sodio (Na CO , 98%), dicromato de potasio (K Cr O ,
2 3 2 2 7
mente en sus efluentes. En la industria
petrolera está usualmente presente en las
descargas de las refinerías, junto a otros
metales pesados. Otros usos del cromo
98%), cloruro de sodio (NaCl, 98%, Merck) y bicarbo-
nato de sodio (NaHCO , 98%, Panreac). Los químicos
grado técnico empleados fueron: sulfato de magnesio
heptahidratado (MgSO .7 H O, 98%), sulfato de alumi-
4 2
incluyen la fabricación de cuero y su tin- nio (Al (SO ) , 19%), hidróxido de sodio (NaOH, 98%) y
2 4 3
tura, la elaboración de pinturas, etc. carbonato de sodio (Na CO , 98%).
2 3
La remoción o separación del cromo
(VI) presente en aguas residuales pue-
de realizarse por diferentes procesos:
precipitación química, coagulación-flo-
culación, intercambio iónico y adsor-
ción. Entre los métodos de remoción
de cromo VI se encuentra la adsorción.
Ésta puede llevarse a cabo utilizando el
material sintético hidróxidos dobles la-
minares-óxidos mixtos (HDL-OM), que
en estado natural se denomina hidrotal-
cita. Los HDL son arcillas capaces de
intercambiar aniones de su estructura
interlaminar. Se ha empleado HDL-OM
con químicos grado técnico y reactivo
e impregnadas con óxidos de hierro III
Síntesis de hidróxidos dobles laminares-óxidos mixtos
(Hdl-om)
El método de síntesis se basó en la técnica de coprecipita-
ción de soluciones acuosas a pH constante. Los químicos
empleados fueron de grado ACS y técnico. El HDL ela-
borado tuvo la relación molar Al/Mg 4:1. En la síntesis
se empleó dos soluciones: una de sulfato de magnesio
y sulfato de aluminio, y otra solución de carbonato de
sodio (Na2CO3) e hidróxido de sodio (NaOH). Ambas
soluciones se vertieron simultáneamente sobre un lecho
de 50 ml de agua destilada para ambos tipos de quími-
cos. La mezcla se mantuvo bajo vigorosa agitación a un
pH entre 8-9,5. Posteriormente se centrifugó y lavó, para
luego secar. Finalmente se calcinó los precipitados a 500
ºC por 2 horas.
6
máx
L
3
4
e
e F
F
F
e
o
e
q
o
e
o
e
C
C
e
=
e
1
=
1
Elaboración del agua sintética donde q es la retención máxima de
Se preparó adicionando en agua destilada concentracio-
nes diferentes de cromo VI empleando dicromato de po-
tasio (K Cr O ) y concentraciones de iones competidores
cromo VI en el HDL (mg*g
-1
) y k es
la constante de Langmuir (L*mg
-1
). De
igual modo, se ajustó los datos en la
2 2 7
de 80 mg/L de ión bicarbonato (HCO -), 120 mg/L de ión ecuación linealizada de Freundlich:
sulfato (SO
2-
) y 100 mg/L de ión cloruro (Cl-).
1
Ensayo en lote
Se realizó un ensayo en lote a fin de determinar el efecto
de la concentración inicial de cromo VI sobre la eficien-
In q =
InC + In k
n
(4)
cia de remoción del HDL-OM. Se colocó 0,25g de HDL
Donde k es la constante de Freundlich
grado ACS sintetizado con 250 mL de agua sintética. Las
(mg*g
-1
), q masa contaminante adsorbi-
concentraciones del agua sintética fueron de 1 mg/L, 10
mg/L y 120 mg/L de cromo VI. El pH de la solución fue
de 7-8 y se agitó a 1000 rpm por 60 min. Se tomó alícuo-
tas de 5 mL de las soluciones iniciales y finales para ana-
lizarlas en el equipo de Absorción Atómica Perkin Elmer
AA 200 a 425,44 nm. El ensayo tuvo tres repeticiones
para cada concentración de cromo VI. El porcentaje de
remoción está determinado por la siguiente ecuación:
C V - C V
do g/ unidad de peso del adsorbent, k
constante de partición, C concentración
del soluto en equilibrio.
Análisis químico
Las alícuotas tomadas para la cuantifica-
ción de cromo VI fueron analizadas en el
espectrómetro de absorción atómica Per-
kin Elmer AAnalyst 200. Se utilizó gas
acetileno como combustible (flujo 3,3 L/
q(%) =
0 0 f f
m
* 100
(1)
min) y aire como oxidante (flujo 10 L/
min). En el equipo se empleó una lámpa-
ra de cátodo hueco para detección de cro-
Donde q(%) es el porcentaje de remoción, C concentra-
mo a una longitud de onda de 425,44 nm.
ción inicial, V volumen inical, C concentración final, V
o f f
volumen final. Los datos recolectados se procesaron es-
tadísticamente en el software InfoStat versión libre, me-
diante la prueba de Fisher.
Isoterma de adsorción
Para interpretar un posible mecanismo de adsorción se ana-
lizó el ajuste al modelo de isotermas de Langmuir y Freu-
ndlich. Se obtuvo la cantidad de cromo VI adsorbido por el
HDL en equilibrio (q ) mediante la siguiente ecuación:
C V - C V
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Rendimiento de la síntesis de
hidróxi-
dos dobles laminares (Hdl)
El rendimiento de la síntesis de HDL-
OM con químicos de grado técnico es
del 18% en peso; así, con 700 g de quí-
micos se obtuvo 128 g de HDL. En el
caso de la síntesis con químicos grado
ACS, se incrementa el rendimiento a
26% en peso, debido a la reducción de
0 0 e e
e
m
* 100
(2)
impurezas. La mayor pérdida de peso se
da en los procesos de lavado y secado,
Donde q es la masa de cromo VI retenida en el HDL-
donde se elimina mayormente agua. Por
OM, C es la concentración inicial de Cromo VI, C es
otra parte, el costo de los químicos gra-
la concentración en equilibrio, V el volumen inicial, V
do técnico es 90% menor al costo de los
el volumen en equilibrio, y m la masa de sorbente. Los
datos obtenidos fueron empleados en una ecuación linea-
químicos grado ACS.
Ensayo en lote
lizada de Langmuir a través de la gráfica C /q
e e
e
+
q q
e
q k
vs C :
e
(3)
Del ensayo en lote se estableció que el
porcentaje de remoción de cromo VI
no depende de la concentración inicial
(p>α; p=0,88; α= 0,05), es decir, los
e
máx
máx L
porcentajes de remoción son estadística-
ISSN 1390-5740
Número 12 Vol. 2 (2014)
ISSN 2477-9105
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Muergueitio, Pilco
Concentración inicial
de cromo VI (mg/L)
q(%)
(mg Cr VI / g HDL)
1
13,17
10
17,17
120
20,34
Tabla N.° 1. Porcentaje de remoción q(%) a diferentes
concentraciones iniciales después de 60 minutos
mente iguales a cualquier concentración
inicial (tabla 1).
4,00
3,00
2,00
1,00
Isotermas de adsorción
La capacidad de adsorción se mode-
ló mejor con la isoterma de Freundlich
-2,00
0,00
0,00
-1,00
-2,00
2,00
4,00 6,00
(r
2
=0,983), cuyo valor n indica una adsor-
ción beneficiosa ya que se encuentra entre
1 y 10 (3). En la tabla 2 se muestran los
valores para n y kf de la ecuación.
Ecuación
r
2
kf
n
y = 1,0025x - 1,1337
0,9838
0,29
1
Tabla N.° 2. Valores para la ecuación de Freundlich
El ajuste al modelo de Freundlich indica
que la adsorción de cromo VI es hete-
rogénea y que no necesariamente sigue
una monocapa (figura 1).
R
eferencias
Figura N.º 1. Gráfica de Freundlich linealizada
CONCLUSIONES
Se obtiene similares rendimientos de síntesis de HDL-OM
con químicos grado técnico y ACS. Además, el bajo cos-
to de los químicos grado técnico favorece la síntesis con
este tipo de químicos sin disminuir considerablemente su
rendimiento. El hidróxido doble laminar (HDL)-OM sin-
tetizado remueve cromo VI hasta en un 35% en equilibrio
a una concentración de 120 mg/L con iones competidores.
La remoción decrece después de 1 hora de agitación. La
remoción se ajusta al isoterma de Freundlich.
1. Agencia para Sustancias Tóxicas y el Registro de Enfermedades (ATSDR). Reseña Toxicológica del
Cromo. Atlanta, EEUU; 2008.
2. Ministerio del Ambiente. 2006. “Información de plomo y cadmio en el Ecuador”. Quito, Ecuador.
3. Gutiérrez N, Ramos E, Contreras C y Olguín M. (2009). Removal of chromium (VI) from aqueous
solutions by hydrotalcite-like compounds: kinetic and equilibrium studies. México.
B
ibliografía complementaria
1. Herrejón M, Limón B y Martínez V. “Cinética y adsorción del Plomo (II) en el suelo de monterrey”.
México; 2008.
2. Spinelli, V, Laranjeira M, Fávere V y Kimura I. “Cinética e Equilíbrio de Adsorção dos Oxiânions Cr
(VI), Mo (VI) e Se (VI) pelo Sal de Amônio Quaternário de Quitosana”. Brasil; 2005.
3. Cumbal L. Desarrollo de una tecnologia para la recuperación de la laguna de Papallacta contaminada on
metales pesados usando materiales sorbentes emergentes. Reporte técnico. Sangolquí: CEINCI; 2008.
4. Owlad M, Kheireddine M, Daud W A y Baroutian S. “Removal of Hexavalent Chromium-Contami-
nated Water and Wastewater: A Review”. 10 de octubre; 2008.
5. Miyata S. Anion-exchange properties ofhydrotalcite-like compounds. Japón; 1983.