En la presente investigación se estudió de adsorción de cafeína sobre una bentonita modificada mediante tratamiento térmico. La materia prima del adsorbente fue una arcilla tipo bentonita, proveniente de un depósito ubicado en Armero-Guayabal (Tolima), zona que se caracteriza por la presencia de rocas arcillosas de origen volcánico, con influencia del volcán Nevado del Ruiz. La arcilla purificada se sometió a tratamiento térmico a 200, 300, 400 y 500 °C, obteniéndose diferentes adsorbentes. A cada uno de los materiales obtenidos y a arcilla purificada secada a 60 °C, se les realizó caracterización química, estructural, textural empleando diferentes técnicas de análisis (FRX, DRX, adsorción de N2 a 77 K), con el fin de identificar cambios asociados al tratamiento térmico y su efecto en el proceso de adsorción. A partir de ensayos iniciales de adsorción con cada uno de los adsorbentes obtenidos mediante el tratamiento térmico a las diferentes temperaturas, se estableció la influencia del tiempo de contacto, pH inicial y velocidad de agitación sobre la adsorción de cafeína y se seleccionó el adsorbente tratado térmicamente a 400 °C (denominado Bent-Na-400) como el de mejor desempeño. Posteriormente, se planteó un diseño experimental basado en la metodología de superficie de respuesta, donde se analizaron los efectos de la dosis de adsorbente y concentración inicial de cafeína sobre la remoción de este compuesto empleando Bent-Na-400 como material adsorbente. Los datos experimentales de remoción de cafeína se ajustaron a un modelo cuadrático, el cual describió adecuadamente las relaciones entre las variables experimentales y la función de respuesta. El diseño experimental también permitió obtener los parámetros óptimos para la remoción de cafeína, los cuales fueron el insumo para definir los intervalos para la realización de ensayos tendientes a estudiar el equilibrio, cinética y procesos difusionales en la adsorción de cafeína sobre Bent-Na 400. Los resultados de los ensayos de equilibrio de adsorción fueron ajustados a diferentes modelos de isotermas de adsorción, obteniéndose que el que mejor ajuste fue a los modelos de Toth, Redlich-Peterson y Langmuir con coeficientes de determinación mayores a 0,9851. La capacidad máxima de adsorción a 25 °C determinada con el modelo de Langmuir fue de 80,33 mg/g. También se encontró que los modelos cinéticos de mejor ajuste fueron los de Elovich y pseudo segundo orden, lo que sugiere que los sitios activos del adsorbente son heterogéneos y que el proceso de adsorción está controlado por la transferencia de masa externa. Considerando los resultados de la caracterización fisicoquímica del material BentNa-400, se estableció que el tratamiento térmico a 400 °C favoreció la formación de grupos silanol e hidróxido de aluminio en el adsorbente y que estos grupos pueden interactuar con la molécula de cafeína en la superficie del adsorbente mediante puentes de hidrógeno. Seguidamente se aplicaron modelos difusionales a los datos obtenidos en los ensayos cinéticos y se encontró un buen ajuste a los modelos de difusión en la película líquida (DPL) y difusión intrapartícula (DIP). Este análisis permitió establecer que la velocidad global de adsorción de cafeína sobre bentonita modificada térmicamente a 400 °C, está controlada en los primeros dos minutos del proceso por la difusión en la película líquida, seguida de la difusión intrapartícula entre los 4 y 26 minutos de tiempo de contacto. El transporte externo de masa (difusión en la película líquida) y la difusión intrapartícula son responsables del 79,4 y 16,7% de la remoción promedio de cafeína sobre Bent-Na-400, aunque la difusión intrapartícula es mucho más lenta que la difusión en la película líquida. Por tanto, la difusión en la película liquida es la etapa limítate de la adsorción de cafeína sobre Bent-Na-400. Para finalizar, se realizó un análisis preliminar de costos para la adsorción de cafeína en solución acuosa (30 mg/L) usando Bent-Na-400 y un caudal de 8 L/s. Los costos unitarios estuvieron entre 41 y 43 USD/kg cafeína removida, considerando un escenario sin y con regeneración, respectivamente. Con base en el análisis de costos se puede inferir que la adsorción de cafeína sobre Bent-Na-400 es un sistema de tratamiento económico, y que el adsorbente de origen natural es favorable desde el punto de vista ambiental (Texto tomado de la fuente)
