Aplicación del diseño D-Optimal en la modelación de la adsorción de COVs-Cl sobre zeolitas naturales chilenas modificadas

Application of D-optimal design for modelling the adsorption of Cl-VOCs onto modified natural zeolites

En este trabajo se investigaron las variables de diseño y los parámetros operacionales en el proceso de adsorción de compuestos orgánicos volátiles clorados (COVs-Cl) utilizando zeolita natural modificada con metales de transición (ZMt). Se establecieron los niveles de las variables de diseño: temperatura de desgasificación [350 ºC, 550 ºC], tipo de metal de transición [Fe, Mn, Ag, Co, Cu, Ni], concentración del metal depositado [0,05; 0,1 M], método de deposición del metal [impregnación, intercambio iónico], post-tratamiento del metal depositado [desgasificación con Ar, calcinación con O₂, reducción con H₂], y como parámetros operacionales: tipo de COVs-Cl [percloroetileno, clorobenceno], concentración de COVs-Cl [1,5; 9,5 µmol dm^–3], temperatura de adsorción [20; 100 ºC], flujo volumétrico de COVs-Cl [50; 100 cm³ min^–1], masa de ZMt [0,15; 0,3 g]. Se utilizó el diseño de experimento D-Optimal, con el que el número de experimentos a realizar fue reducido de 2.048 a 139. Los experimentos de adsorción se llevaron a cabo en un adsorbedor de lecho fijo, siguiendo la concentración del COVs-Cl por cromatografía de gases. Los resultados experimentales se ajustaron a un modelo de regresión lineal de segundo orden. El análisis de varianza (ANOVA) demostró que el modelo ajustado es altamente significativo y con una satisfactoria bondad de ajuste. Los resultados del ANOVA también indicaron que entre las variables significativas, las zeolitas intercambiadas con Fe y Cu tienen un efecto positivo en la capacidad de adsorción de la ZMt. La concentración de COVs-Cl y temperatura de adsorción muestran la mayor influencia en la eliminación de COVs-Cl entre las variables de operación estudiadas.

INTRODUCCIÓN

Los compuestos orgánicos volátiles (COVs) son algunos de los contaminantes atmosféricos más comunes, cuyo origen va desde el humo producido por el tabaco hasta una amplia gama de industrias de fabricación de productos químicos, como: productos químicos orgánicos, plásticos, fibras sintéticas, pesticidas y productos farmacéuticos. Se generan también de los tratamientos de residuos peligrosos, en el almacenamiento y en la eliminación de desechos de las instalaciones industriales, en las industrias manufactureras de pintura y en las industrias papeleras [1-2].

El aumento de los niveles de contaminación atmosférica, debido a la presencia de COVs afecta directamente la salud de los seres vivos, provocando irritación de ojos y vías respiratorias, disminución de la función pulmonar y lesiones al hígado, riñones y sistema nervioso central [3]. Dentro de los COVs los Compuestos Orgánicos Volátiles Clorados (COVs-Cl) son considerados principalmente como xenobióticos, resistentes a la biodegradación y, por lo tanto, son muy persistentes en el medio ambiente [4]