Estudio de la relación entre la cristaloquímica y mineralogía de dos zeolitas naturales bolivianas con sus propiedades de adsorción de iónes amonio

Abstract

En el presente trabajo de Tesis se estudió la propiedad de adsorción de iones amonio de dos zeolitas naturales bolivianas en función a la relación con su estructura-cristaloquímica. Las zeolitas originarias de las regiones de La Calera del departamento de Sucre y Corque del departamento de Oruro, fueron caracterizadas mineralógicamente; adicionalmente se determinó su cristaloquímica. Se encontró que la muestra proveniente de Sucre es altamente concentrada en zeolita del tipo clinoptilolita; por otro lado, la muestra de Oruro presenta una fase zeolítica del tipo mordenita con altos contenidos de arcilla montmorillonita, la cual se separó para concentrar la fase zeolítica. Se determinó además que estas zeolitas presentan como cationes de compensación en su entramado Na+, K+, Ca+2 y Mg+2, motivo por el cual se realizó un tratamiento de homoionización o sodificación de las zeolitas con una solución concentrada de NaCl. Se determinó además la capacidad de intercambio catiónico de iones amonio NH4+ de cada zeolita, hallando un valor de 1.25 meq-g NH4+ para la clinoptilolita y un valor de 1.62 meq-g NH4+ para la mordenita. Por otro lado, se estudió el proceso de adsorción de iones de amonio en soluciones acuosas de zeolitas naturales concentradas. La adsorción de iones de amonio en las zeolita naturales y sódicas se llevó a cabo a 298 K a diferentes concentraciones iniciales de amonio de 400, 600, 800 y 1000 mg NH4+/l. Los datos de equilibrio fueron ajustados a los modelos de adsorción de isotermas de Freundlich y Langmuir; los datos cinéticos de sorción fueron adecuados a cinéticas de primer orden y segundo orden. Los parámetros fueron estimados por método lineal. Se ha encontrado que el modelo de isoterma de Langmuir ajustó mejor los datos experimentales con una capacidad máxima de adsorción en monocapa de 22.5 mg NH4+/g para la clinoptilolita y de 29.5 mg de NH4+/g para la mordenita. Se realizó también el estudio cinético de adsorción, donde el modelo cinético de segundo orden fue el que mejor se ajusta para describir la cinética de adsorción. Los 5 resultados obtenidos sugieren que ambas zeolitas naturales son buenos adsorbentes para la adsorción de iones de amonio NH4+ en soluciones acuosas y los valores de intercambio iónico son mayores cuando la cantidad de iones K+, como catión de compensación, es reducida. Por último, tanto los resultados de intercambio catiónico como los de adsorción fueron relacionados y discutidos tomando en cuenta los resultados de la caracterización cristaloquímica y asociado al estudio de localización de densidades de carga (mapas de Fourier) obtenidos de ambas estructuras zeolíticas