Recuperación de metales por técnicas electroquímicas y procesos de membranas para la
producción de materiales nanoestructurados
Transporte de Iones Metálicos Multivalentes a Través de
Membranas de Intercambio Catiónico
Valentín Pérez Herranz
Manuel César Martí Calatayud
Montserrat García Gabaldón
Transporte de Iones Metálicos Multivalentes a Través de Membranas de Intercambio
Catiónico
INTRODUCCIÓN
Metales como el hierro, el níquel, el cobre o el cromo
están presentes en muchos efluente procedentes de
procesos industriales.
Las técnicas electrodialíticas pueden aplicarse a la
recuperación de estos metales.
La aplicación de las técnicas está limitada por la
polarización por concentración, que limita la máxima
densidad de corriente de trabajo en estos procesos.
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Catiónico
IONES METÁLICOS MULTIVALENTES
El transporte de iones metálicos multivalenres a
través de membranas catiónicas ha sido poco
estudiado.
Los metales de transición tienen características
especiales debido a que sus estados de oxidación
más comunes son multivalentes y sus iones son de
mayor tamaño que los iones monovalentes.
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Catiónico
IONES METÁLICOS MULTIVALENTES
Los sitios fijos de las membranas de intercambio
iónico tienen mayor afinidad por los contraiones de
mayor valencia.
Pueden formar complejos de carga, forma y
propiedades de transporte variables.
El transporte de iones a través de las membranas
suele ser la etapa controlante en procesos
electrodialiticos.
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Catiónico
TÉCNICAS EXPERIMENTALES
Cronopotencometría. Curvas de polarización.
Em (V)
I (m
A)
Región IIRegión I
Región III
Em
(V)
t (s)
I3
I2
I1
V3
V2
V1
t
)tt(
CFDzi
jj
b
j
lim
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Catiónico
DENSIDAD DE CORRIENTE LÍMITE
Disminuye la eficiencia del proceso debido al aumento de la
resistencia de la disolución.
Polarización por concentración y densidad de corriente límite
Puede producirse la disociación del agua provocando
cambios de pH.
Puede producirse la degradación de la membrana si se
alcanzan valores de pH extremos.
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DENSIDAD DE CORRIENTE LÍMITE
Densidades de corriente superiores a la límite
Pérdida de selectividad de las membranas. Puede
producirse un aumento del transporte de los co-iones a
través de las membranas.
Convección gravitacional debida a la existencia de
gradientes de concentraciones en las proximidades de las
membranas. Provocan inestabilidades hidrodinámicas.
Electroconvección debida a la existencia de gradientes de
potencial no uniformes que son consecuencia de no
uniformidad de la conductividad iónica de las membranas.
Disociación del agua. Los iones H+ y OH- pueden participar en
el transporte a través de las membranas.
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TÉCNICAS EXPERIMENTALES
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NÚMEROS DE TRANSPORTE
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EFECTO DEL TIPO DE ION
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EFECTO DE LA CARGA DEL ION
Efecto de la carga del ión.
Curvas I-V para el SnCl4 0.01 M y
diferentes concentraciones de HCl.
Curvas I-V para el SnCl2 0.01 M y
diferentes concentraciones de HCl
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ELECTROLITOS COMPLEJOS
Efecto de la composición del electrolito.
Cronopotenciogramas para una disolución de NiSO4
10−3 M.
Diagramas de especiación para una disolución
de NiSO4 10−3 M.
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EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN
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EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN
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EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN
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Catiónico
EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN
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ELECTROCONVECCIÓN – CONVECCIÓN GRAVITACIONAL
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ELECTROCONVECCIÓN
Transferencia de materia a densidades de corriente
superiores a la límite.
Recuperación de níquel a diferentes
regímenes de corriente
Eficacia decorriente en la recuperación de
níquel a diferentes regímenes de corriente.
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TIPO DE MEMBRANA
Membranas homogéneas/heterogéneas.
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0 0.5 1
[Na(I)]/[Fe(III)] in the equilibrating solution
[Na
(I)]
/[F
e(I
II)]
in
th
e m
em
bra
ne
HDX 100
Nafion 117
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TIPO DE MEMBRANA
Membranas homogéneas (a) /heterogéneas (b).
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TIPO DE MEMBRANA
Membranas homogéneas (a) /heterogéneas (b).
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Catiónico
TIPO DE MEMBRANA
Membranas homogéneas/heterogéneas.
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Um (V)
i (m
A·c
m-2
)
Nafion 117 - 0.01M Na2SO4
HDX 100 - 0.01M Na2SO4
Nafion 117 - 0.001M Fe2(SO4)3
HDX 100 - 0.001M Fe2(SO4)31/R1
ilim
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IONES METÁLICOS MULTIVALENTES
Membranas homogéneas/heterogéneas.
0
5
10
15
20
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
Um (V)
i (m
A·c
m-2
)
Nafion 117
HDX 100
1/R1
1/R2
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Catiónico
IONES METÁLICOS MULTIVALENTES
Membranas homogéneas/heterogéneas.
0
3
6
9
12
15
18
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Um (V)
i (m
A·c
m-2
)
Nafion 117 - 0.02M Fe2(SO4)3 + 0.01M Na2SO4
HDX 100 - 0.02M Fe2(SO4)3 + 0.01 M Na2SO4
Nafion 117 - 0.02M Fe2(SO4)3 + 0.02M Na2SO4
HDX 100 - 0.02M Fe2(SO4)3 + 0.01 M Na2SO4
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