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 DB-86 dye adsorption

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 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. 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 fueron comparadas con otro de marca comercial (CAM). Resultados. Los resultados de la caracterización indican que ambos carbones tienen una química de superficie 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. Conclusión. El carbón activado obtenido a partir de la cáscara de yuca puede considerarse un adsorbente eficiente en la remoción de colorantes.

1. Anirudhan TS, Ramachandran M. Adsorptive removal of basic dyes from aqueous solutions by surfactant modified bentonite clay (organoclay): Kinetic and competitive adsorption isotherm. Process Saf Environ Prot. 2015; 95:215–225. https://doi.org/10.1016/j.psep.2015.03.003
2. Arica MY, Bayramoglu G. Polyaniline coated magnetic carboxymethylcellulose beads for selective removal of uranium ions from aqueous solution. J Radioanal Nucl Chem. 2016; 310(2):711–724. https://doi.org/10.1007/s10967-016-4828-z
3. Bayramoglu G, Akbulut A, Liman G, Arica MY. Removal of metal complexed azo dyes from aqueous solution using tris(2-aminoethyl) amine ligand modified magnetic p(GMA-EGDMA) cationic resin: Adsorption, isotherm and kinetic studies. Chem Eng Res Des. 2017; 124:85–97. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2017.06.005
4. Aljeboree AM, Alshirifi AN, Alkaim AF. Kinetics and equilibrium study for the adsorption of textile dyes on coconut shell activated carbón. Arab J Chem. 2017; 10(Supl 2):S3381–S3393. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2014.01.020
6. Castellar G, Angulo E, Zambrano A, Charris D. Equilibrio de adsorción del colorante azul de metileno sobre carbón activado. Rev UDCA Act & Div Cient. 2013; 16(1):263–271. https://revistas.udca.edu.co/index.php/ruadc/article/view/882
7. Chabane L, Cheknane B, Zermane F, Bouras O, Baudu M. Synthesis and characterization of reinforced hybridporous beads: application to the adsorption of malachitegreen in aqueous solution. Chem Eng Res Des. 2017; 120: 291–302. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2016.12.014
8. Sari AA, Muryanto ST, Hadibarata T. Development of bioreactor systems for decolorization of Reactive Green 19 using white rot fungus. Desalin Water Treat. 2016; 57(15):7029–7039. https://doi.org/10.1080/19443994.2015.1012121
9. Mirzadeh SS, Khezri SM, Rezaei S, Forootanfar H, Mahvi AH, Faramarzi MA. Decolorization of two synthetic dyes using the purified laccase of Paraconiothyrium variabile immobilized on porous silica beads. J Environ Health Sci Eng. 2014; 12(6):1-9. https://doi.org/10.1186/2052-336x-12-6
10. Tavengwa NT, Cukrowska E, Chimuka L. Synthesis, adsorption and selectivity studies of N-propyl quaternized magnetic poly(4-vinylpyridine) for hexavalent chromium. Talanta. 2013; 116:670–677. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2013.07.034
11. Kyzas GZ, Lazaridis NK, Mitropoulos A. Removal of dyes from aqueous solutions with untreated coffee residues as potential low-cost adsorbents: Equilibrium, reuse and thermodynamic approach. Chem Eng J. 2012; 189-190: 148-159. https://doi.org/10.1016/j.cej.2012.02.045
12. Ho YS, McKay G. Sorption of dyes and copper ions onto biosorbents. Process Biochem. 2003; 38(7):1047-1061. https://doi.org/10.1016/s0032-9592(02)00239-x
13. Gonçalves M, Guerreiro M, De Oliveira L, De Castro C. A friendly environmental material: iron oxide dispersed over activated carbon from coffee husk for organic pollutants removal. J Environ Manage. 2013; 127:206-211. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2013.05.017
14. Hu Z, Srinivasan MP. Preparation of high-surface-area activated carbons from coconut shell. Microporous Mesoporous Mater. 1999; 27(1):11-18. https://doi.org/10.1016/s1387-1811(98)00183-8
15. Li G, Zhu W, Zhang C, Zhang S, Liu L, Zhu L, Zhao W. Effect of a magnetic field on the adsorptive removal of methylene blue onto wheat straw biochar. Bioresour Technol. 2016; 206:16-22. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.12.087
16. Sun L, Chen D, Wan S, Yu Z. Performance, kinetics, and equilibrium of methylene blue adsorption on biochar derived from eucalyptus saw dust modified with citric, tartaric, and acetic acids. Bioresour Technol. 2015; 198:300-308. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.09.026
17. Jung KW, Choi BH, Hwang MJ, Jeong TU, Ahn KH. Fabrication of granular activated carbons derived from spent coffee grounds by entrapment in calcium alginate beads for adsorption of acid orange 7 and methylene blue. Bioresour Technol. 2016; 219:185-195. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.07.098
18. Albis A, López AJ, Romero MC. Remoción de azul de metileno de soluciones acuosas utilizando cáscara de yuca (Manihot esculenta) modificada con ácido fosfórico. Prospectiva. 2017; 15(2):60-73. https://doi.org/10.15665/rp.v15i2.777
19. Gonçalves R, Martins C, Mendes N, Farias L, Ferreira RC, Oliveira A, Oliveira M, Ilhéu R. Preparation of activated carbons from cocoa shells and siriguela seeds using H3PO4 and ZnCL2 as activating agents for BSA and α-lactalbumin adsorption. Fuel Process Technol. 2014; 126:476–486. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2014.06.001
20. Boehm HP. Chemical identification of surface groups. Adv Catal. 1966; 16: 179–274. https://doi.org/10.1016/S0360-0564(08)60354-5
21. Nunell GV, Fernández ME, Bonelli PR, Cukierman AL. Conversion of biomass from an invasive species into activated carbons for removal of nitrate from wastewater. Biomass Bioenerg. 2012; 44:87-95. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2012.05.001
22. Figueroa D, Moreno A, Hormaza A. Equilibrio, termodinámica y modelos cinéticos en la adsorción de Rojo 40 sobre tuza de maíz. Rev Ing Univ Medellín. 2015; 14(26):105-120. https://doi.org/10.22395/rium.v14n26a7
23. Konicki W, Aleksandrzak M, Mijowska E. Equilibrium, kinetic and thermodynamic studies on adsorption of cationic dyes from aqueous solutions using graphene oxide. Chem Eng Res Des. 2017; 123:35–49. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2017.03.036
24. Contescu A, Contescu C, Putyera K, Schwarz J. Surface acidity of carbons characterized by their continuous pK distribution and Böehm titration. Carbon 1997; 35(1):83-94. https://doi.org/10.1016/s0008-6223(96)00125-x
25. Valencia J, Castellar G. Predicción de las curvas de ruptura para la remoción de plomo (II) en disolución acuosa sobre carbón activado en una columna empacada. Rev Fac Ing Univ Antioquia. 2013; 66:141-158. http://aprendeenlinea.udea.edu.co/revistas/index.php/ingenieria/article/view/15231
26. Maldonado-Hódar FJ, Morales-Torres S, Perez-Cardenas AF, Carrasco-Marín F. Química superficial de los materiales de carbón. Bol Grupo Español Carbón. 2011; 20:10-15. http://www.gecarbon.org/Boletines/articulos/boletinGEC_020_art.3.pdf
27. Rincón-Silva N, Ramirez-Gomez W, Mojica-Sánchez L, Blanco-Martínez D, Giraldo L, Moreno-Piraján J. Obtención de carbones activados a partir de semillas de eucalipto, por activación química con H3PO4. Caracterización y evaluación de la capacidad de absorción de fenol desde solución acuosa. Ingeniería y Competitividad. 2014; 16(1):207-219. https://doi.org/10.25100/iyc.v16i1.3725
28. Kumar PS, Ramalingam S, Senthamarai C, Niranjanaa M, Vijayalakshmi P, Sivanesan S. Adsorption of dye from aqueous solution by cashew nut shell: studies on equilibrium isotherm, kinetics and thermodynamics of interactions. Desalination. 2010; 261(1-2):52–60. https://doi.org/10.1016/j.desal.2010.05.032
29. Calvete T, Lima EC, Cardoso NF, Vaghetti JCP, Dias SLP, Pavan FA. Application of carbon adsorbents prepared from Brazilian-pine fruit shell for the removal of reactive orange 16 from aqueous solution: Kinetic, equilibrium, and thermodynamic studies. J Environ Manage. 2010; 91(8):1695-1706. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2010.03.013
30. Leechart P, Nakbanpote W, Thiravetyan P. Application of ‘waste’ wood-shaving bottom ash for adsorption of azo reactive dye. J Environ Manage. 2009; 90(2):912-920. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2008.02.005
31. Li Q, Yue QY, Su Y, Gao BY, Sun HJ. Equilibrium, thermodynamics and process design to minimize adsorbent amount for the adsorption of acid dyes onto cationic polymer-loaded bentonite. Chem Eng J. 2010; 158(3):489–497. https://doi.org/10.1016/j.cej.2010.01.033
32. Von Oepen B, Kördel W, Klein W. Sorption of nonpolar and polar compounds to soils: processes, measurements and experience with the applicability of the modified OECD-Guideline 106. Chemosphere. 1991; 22(3-4):285–304. https://doi.org/10.1016/0045-6535(91)90318-8
33. Gu B, Schmitt J, Chen Z, Liang L, McCarthy JF. Adsorption and desorption of natural organic matter on iron oxide: mechanisms and models. Environ Sci Technol. 1994; 28(1):38-46. https://doi.org/10.1021/es00050a007