Resumen

En este trabajo se sintetizó zeolita beta (Zβ) usando cenizas volantes (CV) de la central eléctrica de carbón, Termopaipa, situada en Paipa, Boyacá (Colombia). Las cenizas se utilizaron para extraer el silicio (Si) y aluminio (Al), para lo cual se realizó un pretratamiento ácido seguido de proceso hidrotérmico con NaOH. Para la obtención de la zeolita beta se varió la fuente de silicio y aluminio del gel madre y el tiempo de cristalización, manteniendo una composición nominal igual a 50SiO₂: 1Al₂O₃: 25TEAOH: Na₂O: K₂O: 17 H₂O. En el primer experimento, las CV aportaron la fuente de aluminio, mientras que la fuente de silicio se obtuvo a partir de las CV y sílice fumante. La síntesis hidrotérmica se realizó a 170 °C durante 40 h, lo cual condujo a la obtención de ZSM-5 junto con una fase secundaria de mordenita. En el segundo experimento, las CV aportaron la fuente de silicio y se requirió la adición de sulfato de aluminio octadecahidratado como fuente de aluminio. La síntesis hidrotérmica se realizó a 170 °C y 60 h, lo cual condujo a una Zβ de alta pureza. Las zeolitas se caracterizaron usando DRX, FTIR, SEM y XRF. Las zeolitas se modificaron usando (3-aminopropil) trietóxisilano (APTES) y bromuro de hexadeciltrimetilamonio (HDTMA-Br). Los resultados muestran que la Zβ-APTES, con una capacidad de adsorción de 5 mmol NO₃-/100g tiene el mayor potencial para la aplicación de liberación controlada de fertilizantes.

1. INTRODUCCIÓN

Alrededor del mundo, las centrales eléctricas que funcionan a base de carbón generan residuos de combustión conocidos como cenizas volantes (CV). Para el año 2013, la American Coal Ash Association reportó que, en Estados Unidos, la cantidad emitida de cenizas fue de 114.7 millones de toneladas [1]; para el año 2017, la masa de cenizas producida fue de 111.3 millones de toneladas, de las cuales tan solo 11 millones de toneladas se usaron en alguna aplicación tecnológica; como aditivo en cementos y yeso sintético para la agricultura [2]. Lo anterior hace prever, que este residuo se está acumulando y que requiere la atención de la comunidad científica, por el alto grado de impacto ambiental.

Desde varias décadas atrás, las investigaciones buscan alternativas potenciales para el reuso de las cenizas volantes; entre tales aplicaciones, se destaca la síntesis de materiales zeolíticos vía tratamiento hidrotérmico, el cual requiere temperaturas relativamente bajas (entre 80 y 100 °C) y presión autógena [3]-[6]; en algunos casos, no se requiere de la adición de otros reactivos.

• Materias:Sintesis química Nitratos Adsorción Zeolitas
• Subjects:Chemical synthesis Nitrates Adsorption Zeolites
• Palabras claves:Adsorción; Cenizas volantes; Liberación controlada; Nitratos; Zeolita beta
• Keywords:Adsorption; Beta zeolite; Controlled release; Fly ash; Nitrates