Estudio del proceso de adsorción de fosfatos en hidróxidos dobles laminares

Abstract

El presente Trabajo de Fin de Grado (TFG) continúa con las investigaciones realizadas en cursos anteriores en el departamento de Ingeniería Química Industrial y Medio Ambiente de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la UPM, en relación a la síntesis de Hidróxidos Dobles Laminares (HDLs) y sus posibles aplicaciones. Los objetivos principales de este trabajo han sido: la síntesis de HDL, el estudio del comportamiento térmico del material sintetizado, el análisis de la capacidad de adsorción de fosfatos por dicho material y la influencia del pH de la disolución que contiene el contaminante en el proceso de adsorción. Los HDLs, también conocidos como hidrotalcitas o arcillas aniónicas, son unos compuestos sintéticos que poseen estructura laminar. Las láminas están formadas por cationes metálicos di y trivalentes recubiertas de grupos hidroxilo; las cuales, al quedar cargadas positivamente, requieren la presencia de aniones interlaminares que le permitan alcanzar la neutralidad electrostática. La fórmula general que representa estos compuestos es la siguiente: [M2+ 1-X M3+ X (OH)2] · (An-)X/n · mH2O; siendo M2+ y M3+ los cationes metálicos y An- el anión interlaminar. La síntesis de HDL se realiza mediante el método de coprecipitación a baja sobresaturación pues, como se ha mencionado al principio, en cursos anteriores se ha trabajado con estas estructuras y se ha comprobado que es un método eficiente. Dicho método se basa en la adición paulatina de las disoluciones que contienen los cationes con la disolución portadora del anión interlaminar; está adición se debe hacer a pH constante en torno a un valor de 10,0 ± 0,2. En el caso de la investigación realizada, la síntesis se hace a partir de disoluciones de nitrato de magnesio y nitrato de aluminio, portadoras de los cationes Mg2+ y Al3+ y una disolución de carbonato de sodio, que aporta el anión interlaminar CO3 2-. El pH se regula mediante la adición de una disolución de hidróxido de sodio. Una vez completa la adición de las disoluciones, se deben seguir una serie de pasos para obtener la estructura deseada. Tras la coprecipitación, se agita durante 4 horas y posteriormente se deja en reposo unas 18 horas para que se produzca el ordenamiento de la estructura laminar. Pasado el tiempo de reposo, se filtra el producto obtenido y se somete a un proceso de secado a 100 ºC durante un día. Una vez seco, el producto se tritura y se almacena hasta su utilización. En la investigación se realizan 5 síntesis en las que se obtiene una media de 5,1207 g de HDL lo que supone un rendimiento en torno al 96%. Tras la síntesis del HDL, se analiza la estructura obtenida. El método de caracterización usado en este trabajo es la termogravimetría. El producto sintetizado, empleando una termobalanza, se somete a un programa de calentamiento que parte de la temperatura ambiente hasta alcanzar 600 ºC. Mediante este tratamiento térmico, se obtienen unas curvas de descomposición, termogramas, que representan la pérdida de peso del compuesto en función de la temperatura. Esta descomposición es propia de cada compuesto, por lo que, según la forma obtenida, si se compara con las curvas obtenidas por otros investigadores, se puede determinar si se ha sintetizado la estructura deseada.