Estudiar la adsorción
física por carbón activado de una disolución acuosa de dicromato de potasio. ‚·
ï‚· Objetivos Específicos Encontrar dos isotermas de adsorción para el sistema
dicromato de potasiocarbón activado. Determinar el tiempo de
equilibrio para el sistema a dos temperaturas diferentes. Determinar la
capacidad máxima de adsorción del carbón activado para
soluciones acuosas de dicromato de potasio.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La población humana está expuesta al Cr(VI) de manera masiva y permanente debido al aumento
progresivo de la contaminación ambiental con cromo hexavalente a causa de
emisiones industriales. Una fuente importante del Cr(VI) lo constituyen los
dicromatos de potasio y de sodio, que son utilizados en la industria de
cromados, manufactura de pigmentos, colorantes, curtido de pieles, en la
preparación de antisépticos, en la limpieza de material de vidrio de
laboratorio, como agente
valorante, entre otros. El ion dicromato tiene una estructura que incluye
un atomo de oxigeno puente (-O3Cr---O---CrO3-). Este ion es
un agente oxidante, fuerte aunque la naturaleza
carcinogénica
del
ion cromo (VI) implica que se le debe tratar con respeto, sobre todo elsolido
en polvo, que se puede absorber a través de los pulmones. El ion dicromato
anaranjado es un buen agente oxidante y se reduce al ion hexaacuocromo (III)
verde, [
Cr(OH2)6]3+.
3. MARCO TEÓRICO 3.1.
Generalidades
La adsorción es la transferencia selectiva de uno o más solutos de una fase
fluida a una de partículas sólidas (adsorbente). La selectividad común
de
un adsorbente entre el soluto y el fluido portador,
o entre varios solutos, hace posible la separación de ciertos componentes presentes
en el fluido.
En forma similar, en la operación inversa
llamada desorción, se realiza la separación de las especies que originalmente
se encontraban en el sólido. La sustancia que se concentra en la
superficie o se adsorbe se llama 'adsorbato' y la fase adsorbente se
llama 'adsorbente'.
Figura 1. Proceso de adsorción
La operación básica de adsorción se basa en el hecho físico de enlazar unas
determinadas partículas sobre una superficie dotada de centros químicamente
activos. El enlace con la superficie, en la
mayoría de los casos, es débil y reversible. Casi todo lo que puede contenerse
por disolución o suspensión en
un fluido es
susceptible de ser enlazado. Para los procesos deadsorción, se utilizan
materiales adsorbentes, tanto naturales
como sintéticos, capaces de enlazar
componentes de un gas o líquido en una superficie sólida.
Los
adsorbentes más comunes debido a su elevada relación de área por unidad de peso
son el carbón activado, gel sílice, alúmina y determinados polímeros sintéticos
especializados. Los procesos de adsorción son extremadamente
útiles en las etapas de limpieza
del tratamiento de aguas y para la
decolorización y control de olores y sabores de determinados productos. Una
isoterma de adsorción describe el equilibrio de la adsorción de
un material en una superficie (de modo más general sobre una
superficie límite) a temperatura constante. Representa la cantidad de material
unido a la superficie
como una función
del material presente en
la fase gas o en la disolución En la operación de
adsorción además de los datos de equilibrio, es decir cuanta cantidad de soluto
se puede retirar
del
disolvente, es necesario conocer también la velocidad, o el tiempo necesario
para alcanzar una cantidad que supone un porcentaje
del equilibrio.
En
general, la adsorción incluye la acumulación de moléculas de soluto en una
interfase. La acumulación de área es pequeña ypor consiguiente se
prefieren los sólidos altamente porosos con áreas internas muy grandes por
unidad de volumen. Generalmente, las superficies son irregulares y las energías
de enlace se deben a las fuerzas de Van der Waals.
Los
adsorbentes más utilizados son el carbón activado, la alúmina activa, sílica
gel, Tierra Fuller, arcillas activadas, mallas moleculares, entre otros.
3.2. ‚· Tipos de Adsorción Adsorción Física: Es el
resultado de las fuerzas intermoleculares de atracción entre las moléculas
del sólido y la
sustancia adsorbida, fácilmente reversible. Las operaciones industriales de
este tipo, dependen de su reversibilidad para recuperar el
adsorbente, para la recuperación de la sustancia adsorbida o para el
fraccionamiento de mezclas. Quemisorción o adsorción activada: Resultado de la
interacción química entre el sólido y la sustancia adsorbida. La fuerza de
unión química puede variar considerablemente y puede suceder que no se formen
compuestos químicos en el sentido usual; sin embargo la fuerza de adhesión es
generalmente mucho mayor que la observada en la adsorción física. En
este tipo, hay una gran liberación de calor.
Características del carbón activado. Mecanismos
y actividad deadsorción
ï‚·
3.3.
El carbón activado se produce específicamente para alcanzar una superficie
interna muy grande (entre 500-1500 m2/g) El nivel de actividad de adsorción se
basa en la concentración de la sustancia en el fluido, la temperatura y la
polaridad de la sustancia.
Una sustancia polar (que es
soluble en agua) no puede ser adsorbida por el carbón activado, y
contrariamente, una sustancia no polar puede ser adsorbida por el carbón.
Esta superficie interna grande hace que el carbón tenga una
adsorción ideal. La superficie
del
carbón es no polar por lo cual este resulta afín a los adsorbatos no polares
como las materias
orgánicas. La adsorción se da físicamente, por lo cual el adsorbato es retenido
sobre la superficie
del carbón debido a las fuerzas de
Van Der Waals. La saturación está representada
como su punto de
equilibrio. Estas fuerzas son físicas, lo cual significa que el proceso es
reversible (a partir
del uso de calor, presión, etc).
El mecanismo de adsorción se da por tres pasos: ï‚· ï‚· ï‚· Macrotransporte: El
movimiento
del
material a través de macro poros
del
carbón activado (tamaño de poro > 50nm). Microtransporte: El soluto se mueve
a través de micro poros (microporo
