Estudio de la movilidad de micropartículas de adsorbentes en medios porososos

Abstract

Las micro y nano partículas de hierro, y sus óxidos, son algunas de las partículas más empleadas en la remediación de acuíferos contaminados gracias a su poder de adsorción de contaminantes como los fosfatos y el arsénico. Es por esta razón que resulta determinante estudiar su movilidad en un medio poroso representativo del acuífero. En el presente proyecto se ha estudiado la estabilidad de suspensiones de un adsorbente sonicado de óxido-hidróxido de hierro (III) y su detección mediante dispersión de luz en el rango visible. Posteriormente se ha analizado la dinámica de transporte de estas partículas en un medio poroso de arena de sílex. El adsorbente de partida fue un óxido-hidróxido de hierro comercial granular (OH-G), a partir del cual se han obtenido cuatro lotes de adsorbente sonicado, denominados OH-U, mediante la aplicación de un baño de ultrasonidos. Los lotes del 1 al 3 se diferencian en el método de preparación de los mismos, y en el lote 4 el tamaño de partícula es menor que en el resto. Para caracterizar la composición y morfología del OH-U se realizaron pruebas de análisis de contenido de hierro y distribución granulométrica, de lo cual se obtuvo que el contenido de hierro está alrededor de un 40%, y el tamaño de partícula obtenido por la sonicación del OH-G, está por debajo de los 50μm. En cuanto a la estabilidad de las suspensiones, se realizaron estudios variando la concentración de carboximetilcelulosa (CMC) como espesante de las mismas, consiguiendo los mejores resultados para una concentración de 10 g/L, la cual permitió una reducción menor al 10% de la señal de absorbancia de la suspensión inicial en un periodo de 20 minutos. Con estas suspensiones estables se llevó a cabo un estudio de linealidad entre las concentraciones de las partículas y la señal visible, el cual indicó que concentraciones inferiores a 0,4 g/L de adsorbente se comportaban linealmente. Se llevó a cabo el montaje de un sistema on-line de detección de partículas a la salida de una columna de arena, a través de la cual se inyectaron las suspensiones de partículas. Se realizaron 4 ensayos de inyección de suspensiones de concentración 0,4 g/L de adsorbente y 10 g/L de CMC, uno de ellos empleando el lote 3 de OH-U, y los otros 3 haciendo uso del lote 4 de OH-U. De estos ensayos se comprobó la relevancia del tamaño de partícula en el estudio de movilidad, ya que se observó un mejor comportamiento para el lote 4 (adsorbente sonicado y tamizado). A partir de los datos experimentales obtenidos se llevaron a cabo simulaciones mediante el software MNMs, para establecer el modelo de transporte de partículas más apropiado de acuerdo a las interacciones establecidas entre el medio poroso y el adsorbente. El mejor ajuste se obtuvo del modelo Straining, el cual ha proporcionado información bastante similar al comportamiento experimental, y, constata una mayor retención de partículas para el ensayo de inyección del lote 3 de OH-U, debido a su mayor tamaño de partícula, y a su vez se verifica que la mayor retención ocurre en el tramo inicial de inyección. Finalmente, se ha comprobado que el uso del software MNMs es una herramienta valiosa para facilitar y adquirir un mayor conocimiento en materia del transporte de partículas en medios porosos, aun cuando presenta algunas discrepancias.