Síntesis y potenciales aplicaciones tecnológicas de materiales zeolíticos obtenidos a partir de catalizadores FCC agotados

Abstract

En el presente trabajo de tesis se estudió la posibilidad de reutilizar catalizadores agotados provenientes de reactores de craqueo de petróleo en lecho fluido (catalizadores FCC). Como propuesta innovadora, estos catalizadores se emplearon como materia prima para la síntesis de zeolitas. Se profundizó así en el conocimiento de los métodos de síntesis de materiales zeolíticos tradicionales a partir de productos de desecho proveniente de la industria. Adicionalmente, se investigó la factibilidad de que los productos obtenidos sean de utilidad para el desarrollo de nuevas tecnologías que contribuyan a la remediación, conservación y protección del ambiente. En primer lugar, se sintetizaron materiales zeolíticos a partir de un catalizador FCC agotado, siendo la activación por fusión alcalina con Na<SUB>2</SUB>CO<SUB>3</SUB> el método empleado como pretratamiento del catalizador para favorecer la síntesis. Luego, se llevó a cabo la síntesis hidrotérmica para la obtención del material zeolítico, utilizando opcionalmente NaAlO<SUB>2</SUB> en un medio acuoso alcalino de NaOH; se estudiaron como variables las condiciones de ensayo tales como composición química de la mezcla inicial y tiempo de reacción. Los materiales obtenidos como producto de la síntesis, presentaron un alto contenido de zeolita NaA. La fusión con Na<SUB>2</SUB>CO<SUB>3</SUB> permitió lograr un producto rico en zeolitas a tiempos cortos de síntesis, comparables a los obtenidos en las síntesis tradicionales. Posteriormente, los materiales zeolíticos sintetizados se probaron como captores de cromo a través del método de intercambio catiónico. Como resultado de las experiencias realizadas se puede afirmar que el material zeolitizado obtenido a partir del catalizador FCC agotado puede ser utilizado como retenedor de cationes Cr(III), siendo entonces de gran utilidad para la eliminación de metales pesados de efluentes acuosos. Adicionalmente, se determinaron las curvas cinéticas para las reacciones de intercambio de cromo empleando los productos sintetizados, obteniéndose resultados similares a los registrados para una zeolita NaA pura, sintetizada a partir de sales solubles. El análisis de los datos cinéticos indicó con buena aproximación que, en las condiciones experimentales utilizadas, la reacción de intercambio catiónico se produce a través de un mecanismo de pseudo segundo orden. Las materias primas usadas así como los materiales zeolíticos obtenidos antes y después del intercambio con Cr(III), fueron caracterizados por difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de barrido (SEM), energía de dispersión de rayos X (EDX), resonancia magnética nuclear (NMR), espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier (FT-IR), punto de cero carga (PZC) y adsorción de agua. Por último, se elaboraron morteros de cemento portland conteniendo como aditivo distintos porcentajes del material zeolítico intercambiado con cromo. Estos morteros fueron diseñados usando una relación en peso de agua/cemento constante. Se evaluaron los efectos de estas adiciones en las propiedades tecnológicas de los morteros conjuntamente con la capacidad de inmovilización de los contaminantes en las correspondientes matrices cementíceas. Se observó que los morteros conteniendo no más de 5% de material zeolítico presentan propiedades mecánicas similares a los morteros libres de este agregado y que los ensayos de lixiviación de los mismos en medio acuoso a diversas concentraciones del catión inmovilizado son inferiores a los límites permitidos por la legislación vigente. Como resultado se obtuvo que la incorporación de material zeolítico intercambiado con cromo en morteros cementíceos puede ser considerado como una opción válida para la inmovilización de este catión. Esta metodología sería potencialmente útil para la retención efectiva de éste y otros metales contaminantes presentes en efluentes acuosos.