Preparación y caracterización de la zeolita

La zeolita se sintetizó usando la metodología reportada por ^{Dussan, Otálora, Chica, Bonilla y Otálora (2012)}. La caracterización de la zeolita sintetizada se realizó por medio de análisis termogravimétrico (TGA), espectroscopía de infrarrojo (IR por su nombre en inglés), difracción de rayos X (XRD) y microscopía electrónica de barrido (SEM). El análisis termogravimétrico se realizó en la atmósfera de aire con una rampa de calentamiento de 10 °C.min^-1 desde temperatura ambiente hasta 800 °C; después se efectuó una isoterma de 10 min, en un equipo TGA Q500 TA-Instruments. El análisis de espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier (FT-IR) se ejecutó por el método de pastilla de KBr, en el intervalo de longitud de onda de 4 000 cm^-1 a 400 cm^-1 utilizando un Thermo Nicolet 6700. El análisis de XRD de la zeolita sintetizada se realizó en un equipo Panalytical X´PERT PRO MPD, usando un voltaje de aceleración de 45 kV y una intensidad de corriente de 40 mA, en un intervalo (2θ) de 10 a 80°, con un tamaño de paso de 0.020° y un tiempo por paso de 8 s. El análisis por microscopía de barrido electrónico (SEM) se efectuó en un JEOL JSM-6490LV; previamente se realizó recubrimiento con oro de la muestra con el sistema Dentom Vacuum Desk IV. Además, se llevó a cabo un análisis químico superficial por medio de espectroscopía de energía dispersiva de rayos X (EDX).

Toma de muestras y caracterización del agua residual

Se seleccionó un vertimiento de ARM característico de la ciudad de Florencia, en Caquetá, Colombia. Las muestras se colectaron siguiendo las técnicas de muestreo y preservación planteadas por el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, IDEAM (^{Sánchez, 2005}). Se evaluó la respuesta de adsorción de la zeolita a tres concentraciones de materia orgánica, determinada como demanda química de oxígeno (DQO), típicas en las ARM en diferentes épocas del año en la ciudad de Florencia. Las ARM con las mayores concentraciones de DQO encontradas en la caracterización, 400-500 mg.l^-1, se clasificaron como ARM de alta concentración de materia orgánica, y las de concentración media y baja se obtuvieron a partir de diluciones para obtener concentraciones entre 200 y 300 mg.l^-1 y de 80 a 120 mg.l^-1, respectivamente. Se determinaron las características del ARM por medio de análisis DQO mediante reflujo cerrado, nitrógeno amoniacal por el método espectrofotométrico de Nessler y dureza total por el método titulométrico (calcio y magnesio). Se determinó la cantidad de los metales pesados evaluados en las pruebas de adsorción (Fe³⁺, Cu²⁺, Zn²⁺ y Pb²⁺) por espectrofotometría de absorción atómica (AAS). Todos los análisis se realizaron de acuerdo con los métodos estándar para aguas propuestos por APHA, AWWA y WEF (^{APHA-AWWA-WEF, 2012}). Estos métodos se usaron para analizar las variables de respuesta en las pruebas de adsorción en agua sintética en ARM y así determinar el desempeño de la zeolita como adsorbente.

Pruebas de adsorción preliminares. Agua sintética

Para todas las pruebas de adsorción se utilizaron soluciones preparadas en laboratorio (agua sintética, AS) con cada uno de los iones a evaluar (Fe³⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Zn²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, NH₄ ⁺) disueltos en agua desionizada. Se determinaron las dosis óptimas en las cuales la zeolita faujasita sintética presenta mayor capacidad de adsorción de iones utilizando dosis de zeolita en un intervalo entre 0.01 y 4 g.l^-1, en incrementos de 0.25 gl^-1. La variable de respuesta en todos los casos fue el porcentaje de remoción del ion problema.

Pruebas de adsorción con agua sintética y agua residual municipal

La capacidad de remoción de los iones presentes tanto en AS como en ARM de la zeolita se evaluó por medio de ensayos en vasos de reacción con agitación durante 1 h. Se utilizaron 50 mL de cada una de las soluciones de nitrógeno amoniacal, dureza (Ca²⁺, y Mg²⁺), y metales pesados (Fe³⁺, Cu²⁺, Zn²⁺ y Pb²⁺) a diferentes concentraciones (reportadas como máximas y mínimas en ARM). Se dosificó la zeolita de acuerdo con lo obtenido en los ensayos preliminares y se realizó la adsorción durante 1 h, con agitación constante y a temperatura ambiente. A continuación, se determinó la concentración final de cada uno de los iones por medio de los métodos antes mencionados. La tratabilidad de ARM con las zeolitas tipo faujasita se evaluó por el porcentaje de remoción de contaminantes en las muestras (metales, nitrógeno amoniacal, dureza y materia orgánica como DQO).

A partir de los resultados del diseño experimental se generó un análisis de la varianza (ANOVA) que permitió concluir sobre la influencia de cada factor y correlación de éstos. Los factores que se utilizaron en el análisis estadístico fueron dosis de zeolita de máxima adsorción y concentraciones de mayor adsorción, para lo cual se contó con el software estadístico SPSS.

Con los resultados obtenidos se generaron isotermas de Freundlich y Langmuir, con el fin de determinar el modelo teórico que se ajusta mejor a las condiciones experimentales. Se realizó una prueba de bondad de ajuste (χ²) y luego se determinó el área superficial específica. El ajuste del proceso de adsorción para cada una de las isotermas se realizó con los resultados obtenidos de los ensayos con AS y ARM.

Caracterización de la zeolita

En el espectro infrarrojo obtenido para la zeolita sintetizada (Figura 1A) se observan tres señales en la región O-H, 3 700 cm^-1, correspondientes a silanoles terminales 3 620 cm^-1, atribuidas a grupos Al-OH-Si, y una banda débil en 3 650 cm^-1, correspondiente a O-H extramarco (^{Bevilacqua, Montanari, Finocchio, & Busca, 2006}). La señal centrada en 3 440 cm^-1 corresponde a vibraciones de estiramiento de silanol (Si-OH) y O-H (^{Baur, Héroguel, Spring, Luterbacher, & Kiwi-Minsker, 2016}). Ésta se superpone con bandas en la región de 3 200 a 3 400 cm^-1 atribuidas a vibraciones O-H de agua. Se confirma la presencia de agua en la zeolita, con una banda débil en número de onda de 1 650 cm^-1, originada por la deformación del enlace O-H presente (^{Moulin et al., 2008}). Las bandas en el rango de 980 a 1 200 cm^-1 corresponden a estiramientos asimétricos T-O-T (T= Si o Al); las bandas en 800 cm^-1 equivale a estiramientos simétricos del enlace T-O-T (^{Fricke, Kosslick, Lischke, & Richter, 2000}).

El difractograma obtenido para la zeolita sintetizada en este trabajo (Figura 1B) presenta ángulos de difracción 2θ, comparables con los reportados (^{Treacy & Higgins, 2001}), lo que permite deducir que ésta es una zeolita tipo faujasita NaX. Asimismo, se observa una alta cristalinidad de la muestra sintetizada con la metodología seleccionada.

Figura 1 Espectro infrarrojo (A) y difractograma (B) obtenidos para la zeolita sintetizada. 

El termograma obtenido para la zeolita antes del proceso de remoción de metales (Figura 2A) presenta dos pérdidas de masa. La primera a 110 °C, con un porcentaje de 1.43%, que indica la pérdida de agua superficial presente en los materiales zeolíticos (^{Ríos, Williams, & Castellanos, 2006}); el siguiente pico a 200 °C, con una pérdida de 3.73%, indica la desorción de agua presente en la estructura interna de la zeolita (^{Khaleghian-Moghadam & Seyedeyn-Azad, 2009}). El análisis termogravimétrico de la zeolita después del proceso de remoción (Figura 2B) presenta tres pérdidas de masa: un evento adicional a 90 °C, que se puede atribuir a moléculas de agua adsorbidas durante la adsorción; las dos pérdidas posteriores son las mismas observadas en la zeolita antes de la adsorción.

Figura 2 Termograma para la zeolita faujasita sintética (A) antes y (B) después del proceso de adsorción de ARM. Análisis termogravimétrico (línea sólida) derivado del peso respecto al tiempo (línea punteada). 

En las micrografías SEM previas a la adsorción (Figura 3A y Figura 3B) se observa la presencia de gránulos distribuidos de manera uniforme, los cuales corresponden a la zeolita. Se observa, además, la presencia de aglomerados no uniformes de nanocristales sobre núcleos de mayor constitución, esto puede ser atribuido al crecimiento de zeolitas durante la síntesis (^{Dussan, Otálora, Chica, Bonilla & Otálora, 2012}). Tales aglomerados están conformados por agregados cristalinos de acuerdo con lo obtenido en el análisis de difracción de rayos X, de forma esférica, característicos de las zeolitas, con un tamaño aproximado entre 500 nm y 2 600 nm (^{Gómez, 2001}). Se han reportado tamaños de partículas entre 590 nm y 1 020 nm (^{Zhang, Yang, Tang, & Yang, 2015}), y cristales con una medida de 2 300 nm para zeolitas de tipo comercial (^{Ansari, Aroujalian, Raisi, Dabir, & Fathizadeh, 2014}). Por tanto, las características morfológicas de la zeolita sintetizada concuerdan con las informadas por otros autores. Al realizar el proceso de remoción de iones se presentan cambios en la forma, tamaño y uniformidad de los agregados; en este caso, las partículas no presentan una forma definida y están más aglomeradas entre sí. Además, se observan partículas con rango de tamaño mucho más amplio, que van aproximadamente desde 700 nm hasta 6 000 nm. Por lo general, se espera que la morfología y el tamaño de partícula no cambien después del intercambio de iones (^{Zhang et al., 2015}), aunque otros autores reportan una pérdida de cristalinidad y morfología de los cristales, apareciendo aglomerados sin una forma definida después de la impregnación con un metal (^{Gómez, 2001}).

Figura 3 Micrografía electrónica de barrido de la zeolita faujasita sintetizada antes (A, B, C) y después (D, E, F) del proceso de adsorción de ARM. 

El análisis de EDX permitió determinar que antes del proceso de adsorción la superficie presenta oxígeno (53.52%), silicio (19.16%), aluminio (15.32%) y sodio (11.99%). La composición química obtenida concuerda con lo expuesto en la literatura, donde se ha determinado una fórmula promedio Na₈₅Al₈₅Si₁₀₇O₃₈₄ (^{Moulin et al., 2008}). Después de realizar el proceso de remoción de iones se observa la presencia de magnesio, potasio y calcio. Además, aumenta la cantidad de oxígeno. Esto se puede atribuir a que la estructura abierta de la zeolita le aporta una gran capacidad para incorporar cationes, como son Mg²⁺, K⁺ y Ca²⁺. El aumento en el porcentaje de masa del oxígeno puede ser un indicativo de que la zeolita sufrió un proceso de hidratación (^{Castaldi, Santona, Enzo, & Melis, 2008}).

Remoción de iones presentes en AS

Los resultados de las pruebas preliminares de adsorción en agua sintética arrojaron que el intervalo óptimo de dosis de zeolita para la remoción de iones está entre 0.01 y 1.0 g.l^-1. En los experimentos con AS se evidenció que el incremento en la dosis de zeolita mejora la capacidad de remoción de nitrógeno amoniacal hasta llegar a un 98% de remoción, con una dosis de 0.6 g.l^-1 en todas las soluciones (12 y 25 mg.l^-1). La concentración inicial de nitrógeno amoniacal no influyó de manera significativa sobre el porcentaje de adsorción alcanzado en cada experimento. En cuanto a la dureza, el porcentaje de remoción fue constante (100%) en los experimentos con las mayores dosis de zeolita; esto refleja que la dosis de la zeolita y la concentración inicial de iones de calcio y magnesio no influyen en la remoción. Este comportamiento concuerda, en parte, por lo enunciado por ^{Manrique, Bonilla, Chica, Otálora y Salamanca (2015)}, donde evidencian que la dosis de zeolita tiene influencia en la remoción de la dureza y que, con dosis mayores a 0.3 g.l^-1 se alcanzan porcentajes de remoción superiores a 90%.

La capacidad de remoción de la zeolita Na-X de metales pesados en el agua sintética se muestra en la Figura 4. Se observa que para las concentraciones bajas de Cu²⁺ (8 mg l^-1), Fe³⁺ (15 mg l^-1) y Zn²⁺ (10 mg l^-1), el rango de dosis de zeolita estudiado es capaz de adsorber entre 90 y 100% de los iones. Para las concentraciones altas de estos iones se alcanzan porcentajes de remoción por encima de 80% en dosis mayores a 0.02 mg.l^-1 debido a que una mayor dosis de zeolita incrementa el área superficial disponible, así como los sitios de adsorción y por tanto se favorece el intercambio iónico (^{Burakov et al., 2018}). El ion Pb²⁺ presenta un comportamiento diferente, dado que a mayor concentración del ion (10 mg.l^-1) aumenta su remoción en cualquier dosis de zeolita, y para la baja concentración del ion Pb²⁺ (3 mg.l^-1), la remoción se reduce drásticamente a dosis bajas de zeolita (menores a 0.04 mg.l^-1); a dosis mayores se alterna la remoción entre un 80% y un 50%. Este comportamiento del ion Pb²⁺ se atribuye a que se puede difundir a la zeolita, debido a su bajo radio iónico hidratado (0.261 nm), pero la débil interacción entre el ion y la zeolita prevalece, y esto se ve favorecido por la baja concentración del ion en solución. Se ha demostrado que la zeolita tipo faujasita presenta mayor selectividad para el Zn²⁺ en ausencia de otros iones; esto se puede atribuir a una mayor capacidad del Zn²⁺ para interactuar con los sitios activos de la zeolita, en contraste con la respuesta de iones como Pb²⁺ (^{Mekatel et al., 2012}). Este mismo resultado se evidenció en otros estudios, donde la zeolita presenta mayor selectividad para el ion Zn²⁺ que para el Pb²⁺ en soluciones monocatiónicas: Zn²⁺ > Pb²+ > Cd²⁺ (^{Castaldi et al., 2008}).

Figura 4 Porcentaje de remoción de los iones de (A) Pb²⁺, (B) Zn²⁺, (C) Cu²⁺ y (D) Fe³⁺ presentes en agua sintética a diferentes concentraciones en función de la dosis de zeolita. 

A una concentración inicial de Cu²⁺ de 8 g.l^-1 se alcanzan porcentajes de remoción de alrededor de 90%, a dosis bajas de zeolita (< 0.0625 g.l^-1). En la literatura se evidencian remociones hasta de 55% de Cu²⁺ cuando se utilizan dosis de zeolita de 4 g.l^-1 y concentraciones de Cu²⁺hasta de 250 mg.l^-1 (^{Visa, 2016}), demostrando que la zeolita evaluada en este trabajo es eficiente para la remoción de este ion utilizando bajas dosis de zeolita.

Remoción de iones presentes en aguas residuales municipales (ARM)

La Figura 5 y Figura 6 presentan los porcentajes de remoción a diferentes dosis de zeolita para cada uno de los iones y para la materia orgánica (determinado como DQO) presentes en las ARM con diferentes concentraciones iniciales de materia orgánica (alta, media y baja). El efecto competitivo en una matriz de agua compleja provocó una disminución general de la efectividad del proceso. Diversos factores, como concentración, tamaño y carga del catión hidratado, especies aniónicas asociadas con el catión en solución y características de la zeolita intervienen en los resultados de intercambio iónico de ésta (^{Ríos, Williams, & Roberts, 2010}).

Figura 5 Porcentaje de remoción de cada uno de los cationes metálicos en ARM de concentración inicial alta (A), media (B) y baja (C) de materia orgánica. Pb²⁺ (--), Zn²⁺(--), Cu²⁺(--), Fe³⁺ (--). 

Figura 6 Porcentaje de remoción de materia orgánica como DQO (A) y nitrógeno amoniacal (B) para en ARM de concentración inicial alta (--), media (-0-) y baja (--), los tres tipos de ARM.  

De acuerdo con el análisis estadístico, la dosis de la zeolita influye de modo significativo (p < 0.05) en la remoción de los iones (Pb²⁺, Fe³⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Mg²⁺, Ca²⁺ y nitrógeno amoniacal), así como la materia orgánica (DQO) en los ensayos con ARM (Figura 5 y Figura 6). Se evidencia que a mayor dosis de zeolita se incrementa la remoción de todos los componentes determinados en las ARM. Los tres tipos de ARM (concentración de materia orgánica alta, media y baja) alcanzan remociones de DQO entre 75 y 95% cuando se utilizan dosis de zeolita mayores a 0.4 g l^-1. Esto se atribuye a que a una mayor concentración inicial del adsorbato, menor capacidad de equilibrio de adsorción debido a la disponibilidad de más sustrato para adherirse al adsorbente (^{Koshy & Singh, 2016}). En cuanto a la interacción entre los factores: dosis de zeolita-concentración del ARM, se evidenció un efecto estadísticamente significativo (p < 0.05) en la remoción de nitrógeno amoniacal (efecto positivo) y de Zn²⁺ (efecto negativo), generando un aporte adicional sobre la remoción. Las interacciones de segundo orden de los dos factores (dosis de zeolita² y concentración inicial de ARM²), que en forma individual influyen en la respuesta, generan un aporte adicional sobre la remoción, evidenciando un efecto de segundo orden negativo de la dosis de zeolita², sobre la remoción de materia orgánica, Fe³⁺, Zn²⁺ y dureza, así como un efecto de segundo orden positivo de la concentración de ARM² sobre la remoción de Cu²⁺ y Zn²⁺.

Algunos autores mencionan resultados similares, n donde en una matriz de agua multicomponente, la remoción de Pb²⁺ es mayor que la de Cu²⁺, pero cuando se varía la masa de zeolita a altas dosis, la eficiencia para la remoción de iones metálicos es casi de 100% (^{Zheng & Zaoui, 2011}; ^{Visa, 2016}).

Se evidencia un efecto de la matriz en la remoción de Pb²⁺ y dureza, mostrando que con el incremento de la materia orgánica del ARM disminuye la capacidad de remoción de la zeolita. El efecto contrario se observa para la remoción de Fe³⁺ y Zn²⁺; cuando se incrementa la concentración inicial de ARM, aumenta la remoción de estos iones. Los cationes metálicos (Zn²⁺, Fe³⁺, Pb²⁺, Cu²⁺) se comportan como ácidos de Lewis; su fuerza ácida está definida por su radio iónico, carga y electronegatividad. En general, estos cationes poseen una relación carga/radio tan elevada que interactúan de manera rápida con otros iones, átomos o moléculas, para adquirir una estructura que resulte termodinámicamente más estable; en este caso, la estabilización la consiguen ya sea interactuando con el oxígeno o moléculas orgánicas presentes en el agua, así como de la interacción con la zeolita que al tener cargas negativas en su estructura actúa como base de Lewis, dándole una estabilidad adicional al catión.

Las moléculas orgánicas presentes en el ARM pueden interactuar con los iones de metales de transición (Fe³⁺, Cu²⁺, Zn²⁺) para formar complejos. Estos complejos metálicos pueden afectar la adsorción del metal, dado que presentan diferentes características (solubilidad, carga, tamaño) que los metales (^{Mekatel et al., 2012}). En este trabajo no se evaluó la formación de complejos, pero los resultados obtenidos (Figura 5) para el Zn²⁺ sugieren la formación de complejos con materia orgánica, la cual favorece su adsorción en ARM, de alta concentración de materia orgánica, mientras que el Pb²⁺ no tiene la posibilidad de formar estos complejos metálicos y su adsorción se ve mejorada en sistemas de ARM con baja concentración de materia orgánica.

De los iones metálicos, el Fe³⁺ presenta la remoción más baja en ARM, entre 50 y 65% con 0.5 g l^-1 de zeolita. Esto se explica por la precipitación del Fe³⁺, dada la alta tendencia a formar hidróxido férrico a valores de pH mayores a 2.2. Este hidróxido, además de ser un precipitado floculante, tiene un fuerte carácter básico (^{Zhao et al., 2017}). Se obtuvo una remoción de hasta 100% de la dureza. A medida que disminuye la concentración inicial del ARM aumenta el porcentaje de remoción.

La remoción de materia orgánica (Figura 6A) mejora cuando la concentración inicial de la DQO en el ARM es baja, donde se logran remociones de 94%, con una dosis de zeolita de 0.5 g.l^-1. En ARM de concentración inicial alta, el porcentaje de remoción no supera 85%. La materia orgánica (coloidal) con carga superficial catiónica entra en competencia por sitios de intercambio de la zeolita con los otros cationes presentes en el ARM; por lo tanto, con el incremento de la DQO, también aumentan los cationes que tienen mayor afinidad con los sitios de intercambio y de adsorción, generando un descenso en la remoción de materia orgánica (^{Manrique, Bonilla, Chica, Otálora, & Salamanca, 2015}).

La Figura 6B muestra los porcentajes de remoción de nitrógeno amoniacal alcanzados con diferentes dosis de zeolita y distintas concentraciones iniciales de este ion. Esta especie iónica fue removida hasta un 94% en un ARM de concentración inicial baja; para el caso de ARM con concentración inicial media, la remoción es de 91%; mientras que en el caso de ARM con alta concentración de nitrógeno amoniacal se logran remociones de 90%, cuando se utiliza una dosis de zeolita de 0.5 g.l^-1. A menor concentración inicial del ion NH₄ ⁺ mayor es el porcentaje de remoción, lo que puede ser atribuido a la disponibilidad de sitios activos en la zeolita, donde se ha reportado que el principal mecanismo de eliminación es el intercambio catiónico con iones Na⁺, K⁺, Ca²⁺ y Mg²⁺ (^{Rožić, Cerjan-Stefanović, Kurajica, Vančina, & Hodžić, 2000}). En un estudio previo con una zeolita natural (clinoptilolita) se observó una mayor remoción de nitrógeno amoniacal cuando los sitios de intercambio están ocupados por Na⁺; además, en una solución de varios componentes, hubo un efecto competitivo entre los iones amonio y otros cationes, como Ca²⁺, Mg²⁺ y K⁺, pero la selectividad es predominante para el ion amonio (^{Cooney, Booker, Shallcross, Stevens, & Geoffrey, 1999}). Sin embargo, la zeolita utilizada en este trabajo presentó mayor remoción de Mg²⁺ y Ca²⁺.

Isotermas de adsorción

El modelo de Langmuir es el que mejor se ajusta a los resultados de adsorción, presentando coeficientes de determinación mayores a 0.97, en comparación con R ² obtenido por el modelo de adsorción de Freundlich. Se puede asumir la formación de monocapas, donde los iones son adsorbidos en sitios bien definidos, energéticamente equivalentes y que distan entre sí lo suficiente como para no permitir la interacción entre los iones adsorbidas en sitios adyacentes.

En la Tabla 1 se presentan los parámetros para este tipo de isoterma en algunos iones. Se evidencia que la capacidad máxima de adsorción (q _m ) varía en forma descendente de la siguiente forma: Zn²⁺ > Fe³⁺- Cu²⁺ > NH₄ ⁺ > Pb²⁺. La capacidad máxima de adsorción del Pb²⁺ sobre la zeolita es inducida por fuerzas de atracción débiles promovidas por el tamaño del ion hidratado, como se mencionó previamente (^{Mekatel et al., 2012}). La capacidad q _m del Pb²⁺ sobre la zeolita sintetizada en comparación con otro tipo de adsorbentes como el aserrín (^{Leyva, Berber, Mendoza, & Aragón, 2004}) es reducida.

La capacidad máxima de adsorción del nitrógeno amoniacal (28.49 mg. g^-1) es comparable con valores obtenidos para dos zeolitas sintéticas que arrojan una capacidad de adsorción que va desde 10.2 mg. g^-1 hasta 24.8 mg. g^-1. Otro tipo de adsorbente, como la ceniza de bagazo de caña de azúcar, presenta una capacidad máxima de adsorción de 19.9 mg.g^-1 (^{Prieto-García, Quintana-Puchol, Rodríguez-Díaz, Arteaga-Pérez, & Mollineda-Trujillo, 2012}). Estos resultados reflejan que la faujasita sintetizada tiene una alta capacidad máxima de adsorción para el ion amonio en comparación con otros materiales.

Un comportamiento semejante se evidencia para Zn²⁺ y Cu²⁺, con q _m de 93.46 y 55.26 mg.g^-1, respectivamente. Los cuales son mayores a los reportados para zeolitas de tipo clinoptilolita (^{Pavón & Briones, 2009}), como también para distintas clases de adsorbentes, como toba y bentonita (^{Rueda, Volzone, Lago, & Ortiga, 2007}).

La faujasita sintetizada tiene una capacidad máxima de adsorción q _m de (68.55 mg.g^-1) para Fe³⁺; la capacidad máxima de adsorción de ion hierro reportada para una zeolita natural es 24.29 mg.g^-1, lo cual evidencia el mejor desempeño de la zeolita sintetizada en este trabajo (^{Pavón & Briones, 2009}).

En general, los valores obtenidos de capacidad máxima de adsorción de la zeolita en las soluciones donde los iones se encuentran presentes de manera independiente son comparables y superan los resultados mostrados por otros adsorbentes frente a cada ion. En cuanto a la constante de adsorción de Langmuir (K) para cada ion, se puede concluir que son mayores que las reportadas por otros autores, donde se obtuvieron constantes para la adsorción de Fe³⁺ (K = 0.251 L.g^-1), Zn²⁺ (K = 0.150 l.g^-1), Cu²⁺ (K = 3.4 x 10^-6) y Pb²⁺ (K = 2 x 10^-6) (^{Shavandi et al., 2012}; ^{Visa, 2016}).

La Tabla 2 presenta la fracción de sitios ocupados en la superficie o fracción de cobertura (θ= X q m ), donde X se refiere a los mg de ion adsorbidos por gramo de zeolita y q _m es la capacidad máxima de adsorción. En todos los casos se evidencia la formación de la monocapa en la superficie de la zeolita (θ>0.9) para los iones Cu²⁺ y Pb²⁺, a medida que se incrementa la concentración del ion.

En cuanto a la capacidad de adsorción de la zeolita de los iones cuando éstos se encuentran en ARM (matriz real), se genera una competencia por sitios de adsorción por las áreas que ofrece la zeolita para realizar el intercambio iónico, teniendo mayores fracciones de cobertura aquellos iones que posean mejor afinidad con la zeolita.

Para determinar la fracción de sitios ocupados en la superficie con esta matriz fue necesario tener en cuenta la fracción de cada ion de manera independiente y luego agrupar para tener una aproximación cuando se encuentran en mezcla. Tales valores se obtuvieron por medio de la ecuación de Langmuir y el resultado se presenta en la Tabla 3. De acuerdo con estos valores, las fracciones de cobertura son mayores para los cationes a concentraciones bajas debido a que un menor número de iones compite por los sitios activos en la superficie de la zeolita. Los cationes que tuvieron mayor fracción de cobertura son Cu⁺² a 8 g.l^-1, seguidos de Fe³⁺ y Pb²⁺, que tienen fracciones de cobertura similares a altas y bajas concentraciones.