revisión bibliográfica

REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
1.1.- Zeolita
Las zeolitas forman una familia de más de 80 especies minerales, los mineralogistas
han investigado estas rocas desde hace 200 años. La primera zeolita fue descubierta en
1756 por Axel Frederick Cronstedt, mineralogista suizo, que le puso el nombre, tomado
del griego "piedra que hierve" en base a la propiedad que tienen de perder el agua al ser
calentadas. Hacia 1920 ya se sabía que estos minerales poseían propiedades de
absorción selectiva de sustancias por lo que fueron llamados "tamices moleculares". [18] A
fines de la década de los 40 ya existía una gran demanda comercial pero la escasez de
materias primas hizo que comenzará el desarrollo de zeolitas sintéticas. Hoy en día,
coexisten en el mercado las zeolitas naturales y sintéticas teniendo mayor valor comercial
estas últimas, debido que poseen una gran variabilidad en el compuesto al tamizar. Las
zeolitas naturales son recursos geológicos relativamente abundantes en áreas volcánicas
e intrusivas. [18]
1.1.1.- Definición
Las zeolitas provienen de una familia de minerales, son aluminosilicatos hidratados
altamente cristalinos que al deshidratarse desarrollan, en el cristal ideal, una estructura
porosa con diámetros de poro mínimo de 3 a 10 angstroms, y cuya estructura forma
cavidades ocupadas por iones grandes y moléculas de agua con gran libertad de
movimientos permitiendo el intercambio iónico y la deshidratación reversible.
[2]
Además,
estos minerales con grupo estructural y químicamente son parecidos a los feldespatos
(aluminosilicatos de sodio y calcio), pero están hidratados.
[9]
El agua puede perderse
fácilmente (con un incremento pequeño de la temperatura), sin que altere su estructura (a
diferencia de otros minerales). Los huecos dejados por las moléculas de agua; debido a la
estructura abierta, puede ser ocupada por cualquier tipo de moléculas o iones. El agua
que entra y sale de la estructura intercambia iones que lleva en disolución con los del
mineral. Debido a esta propiedad, las zeolitas se han sintetizado y se usan como
ablandadores de agua, ya que intercambian el catión calcio del agua dura por el ión sodio
que está en la red. [9]
1.1.2.- Características Químicas
Las zeolitas están formadas por armazones de tetraedros de AlO4 y SiO4, y
cantidades variables de Na+, Ca+ y K+ principalmente, que se alojan en los canales y
cavidades internas de la estructura, las moléculas de agua están débilmente ligadas por
enlaces de hidrógeno a los átomos aniónicos de la estructura. En la Figura 1, se muestra
la estructura típica de las zeolitas [20]
a) Atómica
b) Tetraédrica
c) Cristalina
Figura 1.- Estructura típica de las zeolitas.
La fórmula general de las zeolitas se describe como [21]:
(Na2K2,Ca) [(Al,Si)O2)y].nH2O
En la Tabla 1 se muestran algunas propiedades importantes de las zeolitas. [28]
Tabla 1.- Propiedades de las Zeolitas
PROPIEDAD
VALOR
Diámetro de poro
2 a 12 Ǻ
Diámetro de cavidades
6 a 12 Ǻ
Superficie interna
500-1000 m2/g
Capacidad de intercambio catiónico
0 a 650 meq/100g
Capacidad de adsorción
<0.35 cm3/g
Densidad real
2.24 mg/m3
Estabilidad térmica
Desde 200°C hasta más de 1000°C
Fuente: [28]
1.1.3.- Clasificación
Las zeolitas se clasifican respecto al tamaño de los poros como se muestra en la
Tabla 2
[28]
. En la Tabla 3, se muestra la clasificación existente de zeolitas naturales por
grupo, acompañada por su formula química correspondiente. [21]
Tabla 2.- Clasificación de las zeolitas respecto al tamaño de los poros.
Zeolita
Átomos que forman la abertura
Diámetro de poro θ (Ǻ)
Poro extragrande
18
θ>9
Poro grande
12
6<θ<9
Poro mediano
10
5<θ<6
Poro pequeño
8
3<θ<5
Fuente: [28]
Tabla 3.- Clasificación estructural de las zeolitas.
Fuente: [21]
1.1.4.- Propiedades principales
Las aplicaciones comerciales de las zeolitas, se encuentran en función de sus
propiedades físicos-químicas, como son su capacidad de intercambio iónico, la adsorción,
y la deshidratación-hidratación como procesos físicos. Tal como se ha indicado
anteriormente, todas estas propiedades están asociadas, su estructura, armazón
molecular, y a su composición catiónica. [14]
La Adsorción: A condiciones ambientales, la cavidad central, así como sus
canales, se encuentran repletos por moléculas de agua en forma de esferas que rodean a
los cationes intercambiables. Si el agua es desplazada a temperatura adecuada (según el
tipo de zeolita), éstos serán capaces de adsorber moléculas cuyo diámetro sea inferior al
de la cavidad central, es decir, que adsorben algunas moléculas, mientras que otras no
las dejan pasar. [14]
Hidratación-Deshidratación: Es un fenómeno físico que varía en función de la
presión y temperatura, así como de su armazón estructural, siendo el efecto directo
endotérmico, y la rehidratación exotérmico. La importancia de esta propiedad es porque
ocurre sin que se produzca alteración en el armazón estructural de estos minerales. [14]
1.1.5.- Aplicaciones
Las zeolitas sintéticas son los catalizadores más importantes en las refinerías
petroquímicas. La única producción de importancia real en Latinoamérica tiene lugar en
Cuba, segundo productor mundial, con 500.000 toneladas por año, después de china con
2.500.000 toneladas por año y delante de Japón con 150.000 toneladas por año. Esta
producción, que corresponde al 16% del total mundial, se utiliza principalmente en
agricultura, camas para gatos y medicina, en mercados internos y externos, en el
refinamiento del petróleo, producción de diesel e industria petroquímica.[1]
1.1.6.- Depósitos de Zeolita en Sonora
En Sonora se han detectado cerca de 15 tipos de zeolitas. De manera general y
con base en su carácter geológico es posible dividir estos depósitos en dos grupos: [11]
a) Paquetes de rocas piroclásticas félsicas, zeolitizadas por aguas meteóricas.
b) Cenizas volcánicas de grupos finos depositados en lagos y zeolitizadas por la
acción de aguas connotadas.
Los principales depósitos en el estado de Sonora son: El Álamo en el municipio de
Agua Prieta, San Pedro en el municipio de Ures, La
Palma en el municipio de
Divisaderos, Mesa del Álamo en el municipio de Magdalena de Kino, Los Coyotes y el
Cajón en el municipio de Rayón, El Saúz en el municipio de Nacori Chico, La Salada en el
municipio de Tubutama, Los Mezcales en el municipio de Álamos, Tatuachi en el
municipio de Arizpe, Playa Noriega y El Retanque en el municipio de Hermosillo. [11]
1.2.-Tecnologías de Desinfección de Agua
El más importante requerimiento individual del agua potable es que debe estar
libre de cualquier microorganismo que pueda transmitir enfermedades al consumidor.
Procesos tales como almacenamiento, sedimentación, coagulación y floculación, y
filtración rápida, reducen el contenido bacteriológico del agua. Sin embargo, estos
procesos no pueden asegurar que el agua que producen sea bacteriológicamente segura.
Por tal motivo se necesitará una desinfección final. En casos en los que no se dispone de
otros métodos de tratamiento, se puede recurrir a la desinfección como único tratamiento
contra la contaminación bacteriana del agua potable. La desinfección del agua se encarga
de la destrucción, o al menos de la desactivación completa, de los microorganismos
dañinos presentes en el agua, utilizando medios físicos o químicos. [14]
1.2.1.- Desinfección Química [14]
Los compuestos químicos más utilizados para la desinfección del agua son:
•
Cloro (Cl2)
•
Dióxido de cloro (ClO2)
•
Hipoclorito de sodio (NaClO)
•
Ozono (O3)
•
Halógenos:
o
Bromo (Br2)
o
Iodo (I2)
o
Cloruro de bromo (BrCl2)
Metales y sales:
o
Cobre (Cu2+)
o
Plata (Ag+)
•
Jabones y detergentes
•
Sales de amonio y Permanganato de potasio (KMnO4)
•
Peróxido de hidrógeno
Cloro (Cl): El cloro es un reactivo químico importante para la purificación del agua. El
cloro en agua es tres veces más efectivo como agente desinfectante contra Escherichia
coli que una concentración equivalente de bromo, y más de seis veces más efectiva que
una concentración equivalente de yodo.
[22]
La cloración de los abastecimientos públicos
de agua representa el proceso más importante usado en la obtención de agua de calidad
sanitaria adecuada. El proceso es o será efectivo como lo sea el control que se ejerza. [12]
La desinfección del agua por el cloro tuvo lugar primeramente en 1908 en Bubbly
Creek, Chicago, en la campaña de agua de Jersey City. En 1918, más de 1 000 ciudades
tratan más de 3 billones de galones de agua por día, (1.1x 107 m3/día), empleando cloro
como agente desinfectante. [23]
Las ventajas y desventajas del cloro como desinfectante son: [30]
a. Ventajas:
o
Existe disponible en gas, liquido o en forma granular.
o
Es relativamente barato.
o
Es fácil de aplicar.
o
Por sus concentraciones que son insaboras e inocuas para el consumo
humano.
o
Tiene elevadas características de toxicidad para microorganismos.
o
Agente oxidante poderoso.
b. Desventajas:
o
Forma un gas venenoso que requiere manejo cuidadoso.
o
Posee elevado grado de corrosidad en solución.
o
Forma clorofenoles al reaccionar con el fenol, originando serios problemas
de olores.
o
Forma con algunas sustancias orgánicas trihalometanos, de los cuales el
cloroformo es de máximo interés, por sospecharse que es un agente
cancerígeno.
Tanto el cloro elemental gaseoso, como el liquido reaccionan con el agua de la
siguiente forma:[30]
Cl2 + H2O = HOCl + H+ + ClYodo (I2): El yodo o iodo es de los cuatro halógenos (grupo 17) el de mayor masa
atómica y el menos soluble en agua, (339 mg/L), así como el menos hidrolizable y el de
menor potencial de oxidación; ofrece reactividad mínima con los componentes orgánicos.
Por las características antes mencionadas, los residuos de yodo son más estables y
persisten más tiempo en presencia de los materiales orgánicos o sustancias oxidables
que los demás halógenos. [30]
El yodo elemental (I2) reacciona con el agua, de la siguiente manera:
I2 + H2O = HIO + H+ + IHIO = H+ + IOLos análisis realizados por Black, (citado por Jairo Romero, 1999) indican que, en
general, las concentraciones menores de 1 mg/L de Iodo (I2), no son detectables por
color, olor o sabor. En general, la acción bacteriana del yodo es similar a la del cloro en
cuanto a la influencia de la temperatura y el pH, pero se requieren dosis más altas de
yodo para obtener los mismos resultados. Una de la ventaja del yodo sobre el cloro está
en que el yodo no reacciona con el nitrógeno (N2), por lo que no forma yodomisida, por lo
tanto, es poco probable que el yodo reemplace al cloro dado a su alto costo y baja
disponibilidad comercial.
[30]
Plata (Ag): La plata solo tiene propiedades desinfectantes en su estado coloidal,
esto es cuando se presenta en partículas extremadamente pequeñas que permanecen en
suspensión y que por su tamaño se cargan eléctricamente con mucha facilidad. En ese
estado también es conocida como proteína de plata, sales de plata, proteína de plata
ligera y proteína de plata fuerte. Las sales que se utilizan son: cloruro de plata y yoduro de
plata. [14]
El empleo de la plata como desinfectante es muy antiguo, fué utilizada por los
romanos para preservar el agua en jarras de almacenamiento, puesto que en
concentraciones de 25 a 40 µg/L, es un buen desinfectante. [30]
La plata metálica es un buen bactericida que se puede obtener mediante el
procedimiento denominado electrocadismo de acción oligodinámica de metales. Los iones
de plata no son efectivos contra los virus ni los quistes. [31]
Propiedades de la plata Coloidal [19]
o
Es un poderoso germicida frente a bacterias, hongos, levaduras y otros
parásitos patógenos.
o
Es un antiséptico muy potente.
Tiene pocas posibilidades de uso intensivo por su alto costo. Para desinfecciones
de caudales pequeños existen equipos comerciales dotados con un lecho o columna de
carbón activado impregnado con plata. [30]
1.2.2.- Desinfección Física [14]
Los procesos físicos más utilizados para la desinfección del agua son: el calor y la
radiación con rayos ultravioletas.
Calor: es una práctica segura y tradicional que destruye microorganismos
patógenos tales como virus, bacterias, quistes y huevos. Si bien es efectivo como
tratamiento casero, no es un método factible para abastecimientos públicos de agua. Sin
embargo, en situaciones de emergencia se puede usar como medida temporal.
La radiación de luz ultravioleta: es un método efectivo de desinfección para
agua claras, pero su efectividad es reducida significativamente cuando el agua es turbia o
contiene constituyentes tales como nitratos, sulfatos y hierro en su forma ferrosa. Este
método de desinfección no produce ningún residuo que proteja al agua contra una nueva
contaminación y que podría servir para propósitos de control y vigilancia. La luz
ultravioleta ha sido usada para desinfección en varios países desarrollados, pero se le
aplica muy rara vez en países en desarrollo.
1.3.- Plata
La plata es uno de los siete metales conocidos desde la antigüedad, es
mencionado en el libro del Génesis, el cual indica que el metal comenzó a separarse del
plomo al menos cuatro milenios antes de Cristo. [18]
La plata, como el resto de los metales, sirvió para la elaboración de armas de
guerra y luego se empleó en la manufactura de utensilios y ornamentos de donde se
extendió el comercio al acuñarse las primeras monedas de plata y llegando a constituir la
base del sistema monetario de numerosos países. [18]
En 1516 Juan Díaz de Solís descubrió en Sudamérica el mar Dulce que
posteriormente Sebastián Caboto denominó Río de la Plata, creyendo que allí abundaba
el precioso metal, y de donde tomara el nombre la Argentina. Años más tarde, el hallazgo
de grandes reservas de plata en el Nuevo Mundo en Zacatecas y Potosí en Bolivia y su
importación a Europa provocó un largo periodo de inflación que lejos de estancarse en
España se difundió por Europa; el fenómeno fue estudiado por Earl Jefferson Hamilton
que en 1934 publicó “El tesoro americano y la revolución de los precios en España”, 15011650. [18]
1.3.1.- Características
La plata es un metal de acuñar muy dúctil y maleable, algo más duro que el oro.
Se mantiene en agua y aire, si bien su superficie se empaña en presencia de ozono,
sulfuro de hidrógeno o aire con azufre, es posible obtener láminas de 0,00025 mm y con 1
g de metal fabricar un hilo de 180 metros de longitud. Tiene la más alta conductividad
eléctrica de todos los metales, incluso superior a la del cobre, es decir, el conductor por
excelencia, pero su mayor precio ha impedido que se utilice de forma masiva en
aplicaciones eléctricas. La plata pura también presenta la mayor conductividad térmica, el
color más blanco y el mayor índice de reflexión (aunque refleja mal la radiación
ultravioleta) de todos los metales. Además se disuelve en ácidos oxidantes y puede
presentar los estados de oxidación +1, +2 y +3, siendo el más común el estado de
oxidación +1. El óxido y sulfato formado sobre la plata puede disolverse en ácido cítrico
limpiándolo y formando citrato de plata. [17]
1.3.2.- Aplicaciones
De la producción mundial de plata, aproximadamente el 70% se usa con fines
monetarios. Algunos usos de la plata se describen a continuación: [17]
o
La plata se ha empleado para fabricar monedas, inicialmente con electrum,
aleación natural de oro y plata, y más tarde de plata pura.
o
En joyería y platería para fabricar gran variedad de artículos ornamentales y de
uso doméstico cotidiano, y con menor grado de pureza, en artículos de bisutería.
o
Catalizador en reacciones de oxidación.