Development and implementation of separation processes of cadmium (II) from aqueous chloride solutions based on supported liquid membrane techniques
- Autores: Agnieszka Anna Leopold
- Directores de la Tesis: Ana María Sastre Requena (dir. tes.), Agustí Fortuny Sanromà (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2011
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Francisco José Alguacil Priego (presid.), Montserrat Ruiz Planas (secret.), María Teresa Coll Ausió (voc.), Eric Guibal (voc.), Magdalena Regel Rosocka (voc.)
- Materias:
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- Resumen
La presente tesis doctoral investiga la eliminación de cadmio(II) de soluciones cloruras neutras y ácidas mediante la aplicación de una técnica relativamente novedosa que es Hollow Fiber Strip Dispersion (HFSD), también conocida como Pseudo Emulsion based Hollow Fiber Strip Dispersion (PEHFSD) o Emulsion Pertraction (EPT). El proceso se basa en los principios de extracción líquido-líquido convencional y se lleva a cabo en un contactor de membranas de fibra hueca (HFMC). Las ventajas de la tecnología de HFSD llevada a cabo en HFMC han sido ampliamente reportadas en la literatura.
La ampliación de proceso de HFSD llevado a cabo en HFMC permite la aplicación industrial de esta técnica. Determinación de un modelo matemático fiable y parámetros de diseño (los parámetros de equilibrio de las reacciones de cadmio (II) con Cyanex 923 y agua y los coeficientes de transferencia de materia) es un paso esencial para obtener una descripción rigurosa del comportamiento del sistema y sirve para el diseño, estimación de costos y optimización. El desarrollo de modelos teóricos que explican los datos experimentales es necesario para comprender los mecanismos de transporte de las especies a través de una membrana líquida soportada.
El diseño experimental completo del proceso de HFSD para obtener datos cinéticos se llevó a cabo. El desarrollo del modelo matemático con la determinación de los parámetros de diseño desconocidos (coeficientes de transporte) se realizó. Balances de masa para las especies separadas de cadmio(II) en el módulo y en los tanques agitados, los que describían el cambio en la concentración de metal con la posición axial y con el tiempo, respectivamente, se desarrollaron. En HFMC donde las dos fases liquidas (fase de alimentación y fase de pseudo-emulsión) circulan en contra-corriente, las reacciones químicas instantáneas entre las especies de cadmio(II) y el extractante y entre los complejos metal-orgánicos y el agua en las interfases de la membrana, y las resistencias de transporte del metal en la capa límite de la fase acuosa de alimentación adyacente a la membrana y en la membrana líquida, se supuso. Esto describió satisfactoriamente los resultados experimentales. Los parámetros de transporte se determinó bajo una amplia variedad de condiciones operativas. El modelado se realizó utilizando programa ASPEN.
Previamente a la modelización de la técnica de HFSD, el análisis de la separación de cadmio de disoluciones cloruras acuosas utilizando la extracción líquido-líquido convencional (SX) y aplicando las membranas liquidas soportadas planas (Flat Sheet Supported Liquid Membrane¿ FSSLM proceso) se realizó. Los diseños experimentales junto con el desarrollo de los modelos matemáticos para ambas técnicas se llevaron a cabo. Coeficientes de transferencia de masa, representando la resistencia de transporte de cadmio(II) en la capa límite de la fase acuosa de alimentación y en la membrana líquida, fueron determinados estudiando el proceso de FSSLM. Los parámetros de equilibrio y de extracción en las fases acuosa y orgánica fueron diseñados estudiando la técnica de SX. El diseño experimental completo de SX y FSSLM procesos consistía en conocer la influencia de diferentes parámetros en la extracción/transporte de cadmio. El modelado de los dos sistemas se llevó a cabo utilizando el programa MATLAB. Los parámetros de equilibrio y de extracción y los de transporte fueron determinados considerando un amplio rango de condiciones operativas.
El análisis profundo del comportamiento de cadmio (II) en los sistemas de HFSD, FSSLM y SX estudiados permitió a la mejor comprensión del mecanismo de separación/recuperación de este metal de soluciones cloruras neutras y ácidas. Los resultados simulados fueron de acuerdo con los datos experimentales para cada una de las técnicas investigadas. Los parámetros de diseño optimizados fueron comparados con la literatura existente.
