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EDTA

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Extraccin quelante de metales pesados de suelos contaminados utilizando nuevos derivados de EDTA selectiva

Lo ms destacado

Dos derivados de EDTA fueron sintetizados para mejorar la selectividad de los quelantes . PDTA tena las constantes de estabilidad ms altos de Cu2 + y Ni2 + PDTA tuvo la selectividad global ms alta de metales traza ms importantes cationes

AbstractoEl lavado del suelo es una de las pocas alternativas de tratamiento permanentes para la eliminacin de contaminantes metlicos. cido etilendiaminotetraactico (EDTA) y sus sales pueden aumentar considerablemente la eliminacin de metales pesados de suelos contaminados y han sido ampliamente estudiados para el lavado del suelo. Sin embargo, EDTA tiene una tasa de utilizacin pobres debido a su baja selectividad resultante de la competencia entre los principales cationes del suelo y los iones metlicos traza para la quelacin. El presente estudio evalu el potencial de lavado de suelos utilizando EDTA y tres de sus derivados: CDTA (cido trans-1,2-cyclohexanediaminetetraacetic), BDTA (benzyldiaminete- cido traacetic) y PDTA (cido phenyldiaminetetraacetic), que contiene un anillo de ciclohexano, un grupo bencilo, y un grupo fenilo, respectivamente. Resultados de valoracin mostr que PDTA tena las constantes de estabilidad ms altos de Cu2 + y Ni2 + y la selectividad global ms alta de metales traza ms importantes cationes. Se llevaron a cabo experimentos de lotes de equilibrio para evaluar la e fi cacia de los derivados de EDTA en la extraccin de Cu2 +, Zn2 +, Ni2 +, Pb2 +, Ca2 + y Fe3 + a partir de un suelo contaminado.A pH 7,0 , PDTA extrajo 1,5 veces ms Cu2 + que hizo EDTA , pero slo el 75% como mucho Ca2 + . Aunque CDTA fue un fuerte quelante de iones de metales pesados , su selectividad global fue menor y comparable a la de EDTA. BDTA era el agente de extraccin menos eficaz porque sus constantes de estabilidad con metales pesados fueron bajos. PDTA es potencialmente un agente prctica de lavado de suelos contaminados con metales traza.

Introduccin.La contaminacin por metales pesados de los suelos, como resultado de la rpida industrializacin, el aumento de la urbanizacin, las prcticas agrcolas modernas y mtodos inadecuados de eliminacin de residuos, se ha convertido en un problema grave en todo el mundo [1-3]. Las tecnologas de remediacin disponibles para los suelos contaminados por metales pesados se dividen principalmente en dos grupos: a saber, la inmovilizacin, como in situ fijacin qumica fi, y la separacin, como el lavado de suelos. Suelo quelante-reforzada lavado ing es una tecnologa que es potencialmente til para la remediacin econmicamente viable de los suelos contaminados [4-8].El agente quelante de cido etilendiaminotetraactico (EDTA) y sus sales han sido ampliamente estudiados para su uso potencial en el lavado del suelo [9-12]. Ellos se han reportado para aumentar apreciablemente la disolucin y la movilizacin de metales pesados catinicos [13,14]. EDTA tiene una baja biodegradabilidad en el suelo y una alta eficiencia de la extraccin de metal a travs de la formacin de termodinmicamente estaciones complejos metal-EDTA bles y solubles [15,16]. Adems, los recientes avances en las tcnicas de recuperacin y reciclado de EDTA utilizados han mejorado su atractivoPropiedades del suelo.

SoilpHOM (%)CEC (cmol kg1 )Sand (%)Silt (%)Clay (%)Cu (mg kg1 )Ni (mg kg1 )Pb (mg kg1 )Zn (mg kg1 )

GD7.35.19.5613110138826507236

Una mayora de la literatura se centr en la demostracin de las capacidades de remediacin de EDTA ha encontrado que la extraccin de metales pesados fue ms rpido y ms completo con el aumento de cantidades de agregado EDTA. La competencia entre los principales cationes del suelo (por ejemplo, Ca2 +, Mg2 + y Fe3 +) y cationes de menor importancia para la quelacin con EDTA puede ser uno de los factores que afectan la eficiencia de la extraccin de metales traza [18-23]. Como se ilustra en estudios previos [24,25], cuando se levanta Ca solubilidad en suelos calcreos, la eficacia de la extraccin con EDTA se reduce significativamente, lo que aumenta el costo de la remediacin. Para suelos no calcreos, Fe y Al disolucin puede ser ms importante, en vista de su alta tendencia a la formacin de complejos (es decir, grandes constantes de estabilidad). Adems excesiva de agente quelante puede causar grandes disolucin de los minerales del suelo y la materia orgnica, lo que lleva a la alteracin del suelo propiedades fsicas y qumicas e incluso desintegracin de la estructura del suelo, lo que podra hacer que el suelo de la ONU fi cio para el uso futuro de la vegetacin o la construccin. Por lo tanto, ha habido una creciente necesidad de desarrollar agentes quelantes altamente selectivos para la extraccin de iones de metales pesados de los suelos contaminados.En estudios anteriores, EDTA ha sido modi fi cado para mejorar su selectividad en quelantes de iones metlicos objetivo [ 26-28 ] . Altamente derivados EDTA selectivos tienen una amplia gama de aplicaciones en los campos de la qumica analtica , la biologa y la medicina , as como en muchos procesos industriales. En este estudio, dos nuevos derivados de EDTA fueron diseados y sintetizados con el objetivo de mejorar su selectividad como un agente quelante. Estos derivados de EDTA contienen un grupo fenilo o bencilo unido directamente a los nitrgenos del grupo amino ethylenedi- , y por lo tanto potencialmente son ms restringidos estricamente que el compuesto original . El objetivo de este estudio fue caracterizar las estos derivados de EDTA en solucin acuosa y evaluar su potencial como agentes de lavado selectivos . Experimentos por lotes se con- canalizado para determinar su e fi cacia en la extraccin simultnea de iones de metales traza y principales cationes de suelos contaminados y para investigar los mecanismos de extraccin.

2. Materiales y mtodos

2.1. Caractersticas del suelo

Las muestras de suelo se recogieron 0,7 a 1,7 m por debajo de la superficie del suelo en un sitio industrial demolido en el sur de China, se seca al aire atemperatura ambiente (20-30 C), y se pasa por un tamiz de 2 mm.Las propiedades del suelo de la Tabla 1 fueron el promedio de tres repeticiones.Varios fsica del suelo y ensayos de caracterizacin geoqumica se llevaron a cabo. Las caractersticas fsicas y qumicas del suelo se muestran en la Tabla 1. Las concentraciones de metales en el suelo se determinaron por digestin cida con HF-HClO4 -HNO3 y induccin de plasma acoplado tivamente espectrometra de emisin ptica (ICP-OES) medida (5300DV, Perkin Elmer ). El pH del suelo se determin usando un 1: metro relacin y pH 5-suelo-agua. El CEC de la muestra se determin por el mtodo / acetato de sodio acetato de amonio[29]. Contenido de materia orgnica se determin calentando las muestras secadas a 350 C durante 5 h [30]. La distribucin del tamao de partcula fueestablecido por tamizado mecnico, seguido por el mtodo del hidrmetro [31].

2.2. Sntesis de derivados de EDTA

cido Phenyldiaminetetraacetic (PDTA) se sintetiz como se ilustra en la Fig. 1 de acuerdo con un procedimiento publicado previamente [32]. Una solucin de 1,2-diaminobenceno (1,1 g, 10 mmol), acetato de el Hermano moacetate (6,7 ml, 60 mmol), yoduro de sodio (1,3 g, 8,5 mmol), y diisopropiletilamina (8,3 ml 50 mmol) en 10 ml de acetonitrilo se calienta a reflujo en nitrgeno durante 7 h, despus se enfri y se verti en 50 ml de agua. La mezcla resultante se extrajo con diclorometano(3 40 ml). El extracto se sec y se concentr para daraceite marrn, que se purifica por cromatografa flash utilizandoter de petrleo / acetato de etilo (10: 1, v / v) como eluyente. El producto obtenido era 2,1 g (45%) de un slido blanco (A) (Fig. 1); una mezclade etanol, complejos A, y NaOH (14,0 M) fueron a reflujo a 78 Cdurante 24 h. La solucin se enfri a temperatura ambiente, el etanol se evapor, y el residuo se lav con solucin de HCl 6,0 M y se sec a alto vaco para dar un slido blanco (B) (Fig. 1).cido Benzyldiaminetetraacetic (BDTA) se sintetiz como se ilustra en la Fig. 2. A una mezcla de 1,2-bis (bromometil) benceno (1,0 mmol) en 5,0 ml seco CH3 CN se aadi diethyliminodiacetate (2,0 mmol) y CO3 K2 anhidro (10 mmol). La mezcla de reaccin resultante se agit a temperatura ambiente durante 5 h, a continuacin, los slidos se separ por filtracin y el disolvente se elimin a vaco. El residuo se disolvi de nuevo en acetato de etilo y se lav con agua y solucin saturada de NaOH, que se purific por cromatografa de ceniza fl usando ter de petrleo / acetato de etilo (10: 1, v / v) como eluyente. Aceite amarillento Light (A) (Fig. 2) se obtuvo por evaporacin de la fase orgnica. A continuacin, el residuo se disolvi en la solucin de KOH. La mezcla se agit a temperatura ambiente durante 24 h, y luego la mezcla resultante se verti en agua con hielo, despus de lo cualera acidifica con HCl concentrado (pH ~ 1) para obtener un blancoslido (B) (Fig. 2).

Fig. 1. Synthesis of PDTA.

Fig. 2. Synthesis of BDTA.2.3 . Valoracin potenciomtrica

Se utiliz un titulador automtico ( Metrohm 702GPD Titrino ) acoplado a un electrodo Metrohm y calibrado de acuerdo con el mtodo Gran [33,34] . El sistema de electrodos se calibr con tampones y se comprueba mediante valoracin de HClO4 con solucin de NaOH ( 0,01 M). La clula termostatizada contena 25 ml de especies de 1,0 mm ( complejos ligando / ligando libre de metal ) en solucin acuosa con fuerza inica se mantiene a 0,10 M por nitrato de potasio. Todas las titulaciones eran car-Ried a cabo en las soluciones acuosas bajo nitrgeno a 298 0,1 K, y iniciada por la adicin de volmenes fijos de 0,10 M NaOH estndar en pequeos incrementos a la solucin valorada . Se realizaron mediciones por triplicado , para el que el error experimental estaba por debajo de 1 %. Los datos de valoracin fueron fi TTED partir de los datos sin procesar con la HyperquadPrograma de 2000 para calcular el registro