Equilibrio, cinética y termodinámica de la adsorción del colorante DB-86 sobre carbón activado de la cáscara de yuca / Equilibrium, kinetic and thermodynamic of direct blue 86 dye adsorption on activated carbon obtained from manioc husk

RESUMEN Objetivo. Establecer mediante experimentos por lote la capacidad de remoción, la cinética y termodinámica de adsorción del carbón activado preparado a partir de la cáscara de yuca (Manihot esculenta) en la remoción del colorante azul directo 86. Materiales y métodos. La metodología experimental consistió inicialmente en la preparación del carbón activado por activación química de la cáscara de yuca con H3PO4 y su posterior calcinación a 530°C. En la caracterización se determinaron las propiedades de textura mediante el índice de yodo e índice de azul de metileno, se cuantificaron los grupos funcionales orgánicos ácidos y básicos con el método Boehm, y se realizó el análisis próximo siguiendo las normas ASTM D-2867-70, ASTM D2866 y ASTM D2866-94. En el estudio por lote, el efecto de varios parámetros sobre la capacidad de adsorción fueron evaluados: el pH (2, 4, 8 y 10), la temperatura (25, 30 y 40°C) y la concentración inicial de colorante (20, 40, 60, 80 y 100 mg/L). Tanto las características fisicoquímicas como los ensayos de adsorción del carbón activado preparado a partir de la cáscara de yuca (CAY) fueron comparadas con otro de marca comercial (CAM). Resultados. Los resultados de la caracterización indican que ambos carbones tienen una química de superfície heterogénea, de naturaleza ácida para el CAY y básica para el CAM. La máxima capacidad obtenida fue 6.1 mg/g para el CAY y de 3.7 mg/g para el CAM. Los cálculos termodinámicos indican que la remoción es espontánea y para ambos carbones la cinética se ajusta al modelo de pseudo segundo orden. Conclusiones. El carbón activado obtenido a partir de la cáscara de yuca puede considerarse un adsorbente eficiente en la remoción de colorantes.

ABSTRACT Objective. To establish by means of experimenting by batch the capacity of removal, the kinetics and adsorption thermodynamics of activated carbon prepared from manioc husk (Manihot esculenta) in the removal of direct blue 86 dye. Materials and methods. Firstly, the experimental methodology worked on the preparation of activated carbon by chemical activation of manioc husk with H3PO4 calcined at 530°C. In the characterization the texture properties were determined by means of the blue methylene and iodine indices, the basic and acidic functional groups were quantified by the Boehm method, and the proximate analyses were done following the norms ASTM D2867-70, ASTM D2866 and ASTM D2866-94. During the batch studies, the effect of several parameters over the adsorption capacity was evaluated: pH (2, 4, 8 and 10), temperature (25, 30 and 40°C) and initial concentration of the dye (20, 40, 60, 80 and 100 mg/L). Both physicochemical and adsorption characteristics of the activated carbon from manioc husk (CAY) were compared against those of a commercial brand (CAM). Results. The results of characterization showed that both carbons have a chemistry heterogeneous surface, acidic for CAY and basic for CAM. The maximum capacity obtained was 6.1 mg/g for CAY and 3.7 mg/g for CAM. The thermodynamic calculations showed that the removal was spontaneous. The kinetics for both carbon samples fits a pseudo second-order model. Conclusions. The activated carbon obtained from the manioc husk can be considered an efficient adsorbent for the removal of dyes.

Adsorción del colorante azul directo 2 sobre borra de café en una columna de lecho fijo a escala de laboratorio / Adsorption of direct blue 2 dyes over a coffee grounds in a fixed-bed column at laboratory scale

RESUMEN La contaminación del agua con colorantes sintéticos, resultado de las actividades industriales, es un problema latente en la sociedad. Su presencia, aun en concentraciones muy bajas, influye drásticamente en los procesos de fotosíntesis, porque impide la penetración de la luz, afectando la vida acuática e, incluso, la salud humana. La adsorción con carbón activado es una de las técnicas más empleadas para remover el color de los efluentes, pero sus altos costos han dirigido la atención de los investigadores hacia el estudio de materiales adsorbentes provenientes, principalmente, de la agroindustria. Este artículo presenta un estudio sobre la remoción del colorante azul directo 2 en disolución acuosa sobre borra de café sin tratar y modificada a 30±1°C, en una columna empacada. Se realizó la caracterización fisicoquímica de los adsorbentes, que incluye la evaluación de las propiedades de textura, mediante isotermas de adsorción, con N2 a 77K, la identificación y cuantificación de grupos funcionales orgánicos, con FTIR y el método de Boemh. El estudio en columna evaluó el efecto de la altura del lecho del adsorbente (Z = 3 y 6cm), el flujo volumétrico (Qv= 2 y 4cm3min-1) y la concentración inicial (Co = 8 y 14mgdm-3), sobre el tiempo de ruptura y la capacidad de adsorción. Los datos experimentales de las curvas de ruptura se ajustaron al modelo BDST (Bed Depth Service Time). Los resultados muestran que el rendimiento de la columna mejora con el incremento de Z y la disminución de Qv y Co, siendo la concentración inicial, el factor con mayor significancia.

ABSTRACT Water bodies contaminated with synthetic dyes from industrial activities is a latent problem in our society. Even in low concentration it influences drastically in photosynthesis process because it blocks sun rays affecting both life in water and human health as well. Adsorption with activated carbon is one of the most used techniques to remove dyes from effluents, but high costs have lead researchers to examine adsorbents materials coming from agroindustry. This article introduces a research about direct blue 2 removal in water solution over coffee grounds untreated and modified at 30±1°C in a packed column. A physicochemical characterization was carried out in adsorbents that involves the test of texture properties using isotherms of adsorption with N2 at 77K, the identification and quantification of organic functional groups with FTIR and the Boemh method. The study in column, tested the effect of the height of the bed of the adsorbent (Z = 3 y 6cm), the volumetric flow (Qv = 2 y 4cm3min-1) and the initial concentration (Co = 8 y 14mgdm-3) at the breakthrough time and the capacity of adsorption. The experimental data of breakthrough curves were fitted to BDST (Bed Depth Service Time) models. The results show that performance in the column improves as Z increases and Qv y Co decreases, being the initial concentration the factor with main significance.