Ingeniería ambiental

 

Study of hexavalent chromium sorption by hydrotalcites synthesized using ultrasound vs microwave irradiation

 

Estudio de la sorcion de cromo hexavalente mediante hidrotalcitas sintetizadas utilizando irradiación de ultrasonido vs microondas

 

S.P. Paredes-Carrera¹*, R.F. Valencia-Martínez², M.A. Valenzuela-Zapata¹, J.C. Sánchez-Ochoa¹ and L.V. Castro-Sotelo¹

 

¹ Lab. Catálisis y Materiales. SEPI ESIQIE, Instituto Politécnico Nacional, UPALM Zacatenco 07738, México D.F., México. *Corresponding author. E-mail: siviappcar@gmail.com Tel. 57-29-60-00 etx 54224 Fax 57-29-60-00.

² SEPI ESIA, Instituto Politécnico Nacional, UPALM Zacatenco 07738, México D.F., México.

 

Received November 14, 2014
Accepted June 9, 2015

 

Abstract

The increase of water contamination caused by toxic compounds is a matter of primary concern, the case in point is the state of Guanajuato in Mexico, where one of Ihe main contaminants found in wastewater is Cr(VI), a widely used compound in the tanning process. The development of an efficient technology to remove this substance from water is absolutely necessary. In this work a comparative study of different anionic clays and activated carbon as a reference, was proposed to eliminate this pollutant Hydrotalcites were prepared by the coprecipitation method using ultrasound or microwawe irradiation during the crystallization step. The interlayer compounds were: sulfates, nitrates, chlorides and etoxide-acetylacetonate. The solids were characterized by X-ray diffraction, nitrogen physisorption and scanning electron microscopy with EDS microanalysis. The amount of sorbed Cr(VI) was determined by UV-vis spectrometry. The best option for Cr(VI) removal was the hydrotalcite with chloride as anion in the interlayer. It was found that the sorption was mainly dependent of the interlayer anion and the preparation method and it was not: a function of the specific area. On the other hand the activated carbon is rapidly saturated and its sorptive capacity is practically null.

Key words: hexavalent chromium, hydrotalcites, sorption, synthesis by microwave, synthesis by ultrasound.

 

Resumen

El aumento en la contaminación del agua es un asunto de gran reelevancia; en Guanajuato México, uno de los principales contaminantes hayados en aguas residuales es el Cr(VI), ya que este compuesto es ampliamente utilizado en el proceso de curtido; de ahí que el desarrollo de tecnologías eficaces para eliminar este tipo de contaminantes es absolutamente necesario. En este trabajo se realizó un estudio comparativo con diferentes arcillas aniónicas, empleando como referencia al carbon activado, el cual permitió proponer un sistema eficaz de eliminación. Las hidrotalcitas se prepararon por coprecipitacion mediante irradiación de ultrasonido y microondas durante la etapa de cristalización. Se utilizaron como aniones de compensación: sulfatos, nitratos, cloruros y una combinación de etóxido-acetilacetonato. Los sólidos se caracterizaron por difracción de rayos-X, fisisorcion de nitrógeno y microscopía electrónica de barrido con microanálisis EDS. La cantidad de Cr(VI) sorbida se determinó por espectrometría UV-vis. La hidrotalcita clorada resultó en la mejor opción para la eliminación del Cr(VI). Se encontró que la sorción es dependiente principalmente del tipo de anión interlaminar seguida por el método de preparación e independiente del área específica. Por otro lado el carbon activado se satura rápidamente y su capacidad de sorción es prácticamente nulo.

Palabras clave: cromo hexavalente, hidrotalcitas, sorción, síntesis por microondas y síntesis por ultrasonido.

 

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Acknowledgements

The authors gratefully acknowledge SECITI-PICSO12-151 and SIP IPN- SIP2014 13 75 proyects for financial support.

 

References

Armienta M.A., Rodríguez R., Ceniceros N., Juárez F., Cruz O. (1996). Distribution, origin and fate of chromium in soils in Guanajuato, Mexico. Environmental Pollution 91, 391-397.         [ Links ]

Bellotto M., Rebours B., Clause O., Lynch J., Bain D., Elkaím E. (1996). A reexamination of hydrotalcite cristal chemistry. The Journal of Physycal Chemistry 100, 8527-8534.         [ Links ]

Cavani F., Trifiro F., and Vaccari A. (1991). Hydrotalcite-type anionic clays: preparation, properties and applications. Catalysis Today 11, 173-301.         [ Links ]

Châtelet L., Bottero J.Y., Yvon J. and Bouchelaghem A. (1996). Competition between monovalent and divalent anions for calcined and uncalcined hydrotalcite: anion exchange and adsorption sites. Colloids and Surface A 111, 167-175.         [ Links ]

EPA/600/R-96/084. United States Environmental Protection Agency. (2000). Guidance for Data Quality Assessment: Practical Methods for Data Analysis (QA/G-9): Washington, DC, United States Environmental Protection Agency. Office of Research and Development, 219.         [ Links ]

Dermatas D., Moon D.H. (2006). Chromium leaching and immobilization in treated soils. Environmental Engineering Science 23, 77-87.         [ Links ]

Faour A., Prévot V., Taviot-Gueho C. (2010), Microstructural study of different LDH morphologies obtained via different synthesis routes. Journal of Physics and Chemistry of Solids 71, 487-490.         [ Links ]

Fetter G., Ramos E., Olguin M.T., Bosch P., Lopez T., Bulbulian S. (1997). Sorption of I¹³¹ by hydrotalcites, Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry 221, 63-66.         [ Links ]

Koch C., Ovid'ko I.A., Seal S., Veprek S. (2007). Structural nanocrystalline materials: fundamentals and applications. Cambridge University Press,Cambridge, New York, 95-97.         [ Links ]

Gutiérrez N., Ramos E., Contreras C. (2008). Removal of chromium (VI) from aqueous solutions by hydrotalcite-like compounds: kinetic and equilibrium studies. Revista Mexicana de Física 55, 135-138.         [ Links ]

NOM-127-SSA1-1994. Norma Oficial Mexicana (1994). Salud ambiental. Agua para uso y consumo humano. Límites permisibles de calidad y tratamientos a que debe someterse el agua para su potabilizacioín: México. Secretaría de Salud.         [ Links ]

NMX-AA-044-SCFI-2001. Norma Oficial Mexicana (2001). Análisis de aguas - Determinación de cromo hexavalente en aguas naturales, potables, residuales y residuales tratadas -Método de prueba: México. Secretaría de Economía.         [ Links ]

Paredes S.P., Fetter G., Bosch P., Bulbulian S. (2006). Sol-gel synthesis of hydrotalcite-like compounds. Journal of Materials Science 41, 3377-3382.         [ Links ]

Reyes-Gutiérrez L.R., Romero-Guzmán E.T., Olmos-Salinas M.G., Rodríguez-Castillo R. (2009). Chemical species of chromatite of an industrial landfill in the Leon valley, Guanajuato. Revista Mexicana de Ciencias Geológicas 26, 104-116.         [ Links ]

Solís M., Gil J.L., Solís A., Pérez H.I., Manjarrez N., Perdomo M. (2013). The sedimentation process a simple method to diminish contaminants in textile effluents. Revista Mexicana de Ingeniería Química 12, 585-594.         [ Links ]

Soto-Borbón M.A., Sánchez-Corrales V.M., Trujillo-Camacho M.E. (2014). Characterization of TiO₂/alginate screenprinting films. Revista Mexicana de Ingeniería Química 13, 227-236.         [ Links ]

Suarez O.J., Olaya J.J., Rodil S. (2013). The effect of operating conditions during plating on the electrochemical behavior and morphology of trivalent solution derived chromium coatings. Revista Mexicana de Ingeniería Química 12, 129-141.         [ Links ]

Vaccari A. (1998). Preparation and catalytic properties of cationic and anionic clays. Catalysis Today 41, 53-71.         [ Links ]

Vaccari A. (1999). Clays and catalysis: a promising future. Applied Clay Science 14, 161-198.         [ Links ]

Wilkin R.T., Su C., Ford R.G., Paul C.J. (2005). Chromium removal processes during groundwater remediation by a zerovalent iron permeable reactive barrier. Environmental Science and Technology 39, 4599-4605.         [ Links ]