Zeolita
Remoción del amonio del agua con el uso de zeolita natural Li Zhou, Claude E. Boyd Escuela de Pesquerías, Acuacultura y Ciencias Acuáticas, Universidad de Auburn, Auburn, Alabama - EE.UU. boydce1@auburn.edu
Introducción
Las zeolitas son minerales porosos de origen natural con una estructura tridimensional formada por tetraédricos de sílice y oxígeno, en los que algunos de los Si4+ han sido sustituidos por Al3+, resultando en una carga negativa que imparte propiedades de intercambio catiónico. Se usa filtros de zeolitas para ablandar el agua a nivel doméstico, donde el sodio de la zeolita se intercambia con el calcio y magnesio del agua. Además, se utiliza zeolitas en la industria para el intercambio de cationes, tamizado molecular, catálisis, y en procesos de adsorción. También se ha utilizado zeolitas para eliminar el nitrógeno amoniacal de las aguas residuales. La mordenita, objeto del presente estudio, es una zeolita producto de la alteración común de sedimentos piroclásticos, rocas sedimentarias y flujos de lava, con amplia distribución a nivel mundial. Se trata de una zeolita de alto contenido en sílice. La composición ideal de la mordenita es [(Na2K 2Ca) 4Al8Si40O96] 28H2O. La mordenita contiene 0.45% de potasio, 2.29% de calcio y 2.89% de sodio, mientras que la clinoptilolita, el tipo de zeolita más utilizado en investigaciones aplicadas, contiene 3.21% de potasio, 1.25% de calcio y 1.79% de sodio. A menudo la mordenita es modificada durante su procesamiento para adaptar el tamaño y forma de sus poros y así lograr características dadas para aplicaciones específicas. El principal interés de las zeolitas en acuacultura se refiere al control de la
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concentración del nitrógeno amoniacal total (TAN). El amoníaco es tóxico para los peces, camarones y otros animales acuáticos, y se utiliza zeolita para disminuir las concentraciones de TAN en acuarios, tanques, sistemas con recirculación de agua y tanques para el transporte de los animales acuáticos. La eliminación del amonio con zeolita es posible, porque existe nitrógeno amoniacal como amonio (NH4+) y amoníaco (NH3) en un equilibrio dependiendo del pH y temperatura, de acuerdo a la siguiente ecuación: NH3 + H2O = NH4+ + OHLa proporción de amonio disminuye con el aumento de pH, pero incluso a pH 9.0, el amonio representa aproximadamente el 70% del nitrógeno amoniacal total en el agua. La eliminación de amonio por medio de la zeolita reduce la concentración de TAN y por ende disminuye la concentración de amoniaco en el equilibrio. A menudo, los camaroneros de Tailandia y otros países asiáticos aplican entre 180 y 350 kilogramos por hectárea de zeolita a sus piscinas, en un intento para reducir la concentración de amoníaco a la que están expuestos los camarones en cultivo. Sin embargo, no existe resultados publicados en la literatura científica que justifican esta práctica. Además, los productos con zeolita que se venden en Tailandia, y presumiblemente en otros países del sudeste asiático, por lo general tienen una capacidad de intercambio catiónico (CEC por sus siglas en inglés) de menos de 50 meq/100 gramos y no absorben amonio en cantidad apreciable.
Un estudio publicado en 1993 concluyó que la zeolita no es eficaz para eliminar TAN del agua de las piscinas, especialmente en piscinas con agua salobre y agua de mar, a causa de la competencia por los sitios de intercambio de la zeolita por parte de otros cationes presentes en el agua salada. El objetivo del presente estudio fue realizar ensayos en el laboratorio para determinar si una mordenita proveniente de Nueva Zelanda tiene potencial para reducir las concentraciones de TAN en el agua de piscinas acuícolas.
Material y Métodos
Dos muestras de mordenita fueron suministradas por Blue Pacific Minerals, Tokora, Nueva Zelanda. Se determinó la densidad aparente de cada material pesando 100 cm3. La capacidad de intercambio catiónico (CEC) se obtuvo mediante la técnica de cloruro de magnesio y por el método de acetato de amonio neutro. El tamaño de las partículas se determinó mediante el paso de cantidades conocidas de los dos productos a través de tamices secuenciales con los siguientes tamaños de apertura: 850, 425, 250, 150, 106, 75, 53 y 43 micras. Se pesó la cantidad de partículas retenidas en cada tamiz. El pH de las dos mordenitas se determinó con electrodo de vidrio en una solución 1:2 de mordenita:agua destilada. El color de los materiales se evaluó con una carta Munsell de colores. Se determinó la capacidad de adsorción del amonio en las dos muestras de mordenita, bajo diferentes condiciones,
Septiembre - Octubre del 2014