La adsorción es una operación unitaria de transferencia de masa; un proceso por el cual los átomos o moléculas de una sustancia que se encuentra en una fase determinada, son retenidas en la superficie de otra sustancia, que se encuentra en una fase distinta (generalmente sólida). Como resultado de este proceso, se forma una capa de líquido o gas en la superficie de una sustancia sólida o líquida (Pauline.M.oran.!""#). (Pauline.M.oran.!""#). Por ello se considera como un fenómeno su$superficial. La sustancia que se concentra en la superficie o se adsor$e se llama %adsor$ato% & la fase adsor$ente se llama %adsor$ente% (el proceso in'erso a la adsorción se conoce como desorción). . Por el contrario, la a$sorción es un proceso en el cual las moléculas o átomos de una fase interpenetran casi uniformemente en los de otra fase constitu&éndose una %solución% con e sta segunda.
n general, la adsorción desde una disolución a un sólido ocurre como consecuencia del carácter liofó$ico (no afinidad) del soluto respecto al disol'ente particular, particular, o de$ido a una afinidad ele'ada del soluto por el sólido o por una acción com$inada de estas dos fueras
La sorción & el cam$io iónico son procesos de gran interés en *idrogeoquímica &a que regulan de manera nota$le el transporte de contaminantes químicos en acuíferos & suelos. Los procesos de adsorción son empleados para purificar & separar su$stancias. Pueden distinguirse cuatro tipos de adsorción+
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de intercam$io,
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física,
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química &
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no específica.
Requisitos del adsorbente:
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e$e tener una gran superficie específica (gran porosidad) o 'olumen de microporos
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ener una $uena capacidad de regeneración.
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structura porosa para que las moléculas del adsor$ato se transporten a los sitios acti'os ado que la adsorción se fa'orece por temperaturas $a-as & presiones altas, para la regeneración, es decir, para la desorción, se emplean temperaturas altas & presiones $a-as
/0123/ /0123/ C0M1C4L/ C0M1C4L/
Carbón Activado Tamices Moleculares Zeolitas Tamices Gel de Sílice Alúmina Activada
Operación de Adsorción 5na operación típica de adsorción consta de las siguientes etapas+
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5na etapa de adsorción o de contacto en la que el soluto se une a la resina de adsorción,
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5na etapa de la'ado para eliminar el material residual que no se *a adsor$ido,
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La etapa de desorción o elución de adsor$ato con un disol'ente apropiado,
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La etapa de la'ado para eliminar el efluente residual
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La etapa de regeneración de la resina de adsorción para retornarla a su condición original (Pauline.M.oran.!""6). l proceso in'erso in'erso de la a$sorción se le llama empo$recimiento empo$recimiento o desa$sorción. desa$sorción. La adsorción de una especie química presente en la solución del suelo (adsor$ato) por los constitu&entes de la fase sólida del suelo (adsor$ente) ocurre de$ido a la interacciones entre la superficie acti'a de las partículas sólidas & el adsor$ato. La cantidad adsor$ida de una determinada especie depende no sólo de la composición del suelo sino tam$ién de la especie química de la que se trata & de su concentración en la solución ( Agua, Agua, 2011) 2011)..
Tipos de adsorción dsorción por intercam$io. intercam$io. n este proceso el soluto & el adsor$ente se atraen por fueras electrostáticas. ic*o de otra manera, los iones del soluto se concentran en la superficie del sor$ente, que se *alla cargada eléctricamente con signo contrario a los iones del soluto. Para dos a$sor$atos iónicos posi$les, a igualdad de otros factores, pero uno con ma&or carga que otro, la carga del ión es el factor determinante en la adsorción de intercam$io, el de ma&or carga será el que sea adsor$ido. Para adsor$atos con igual carga, el tama7o molecular (radio desol'atación) es
el que determina cuál será adsor$ido. dsorción por fueras fueras de 8an 8an der 9aals. 9aals. am$ién llamada adsorción física o f isisorción. n este tipo de adsorción, el adsor$ato no está fi-o en la superficie del adsor$ente, sino que tiene mo'ilidad en la interfase. -emplo de este tipo de adsorción es el de la ma&oría de las sustancias orgánicas en agua con car$ón acti'ado. n este tipo de adsorción el adsor$ato conser'a su naturalea química. sta adsorción, en general, predomina a temperaturas $a-as. La adsorción de la ma&oría de las sustancias orgánicas en el agua con car$ón acti'ado se considera de naturalea física. dsorción química. química. am$ién am$ién llamado adsorción acti'a o quimisorción. /ucede cuando *a& interacción química entre adsor$ato & adsor$ente. La fuera de la interacción entre adsor$ato & adsor$ente es fuerte, casi como un enlace químico, de$ido a que el adsor$ato formaunos enlaces fuertes localiados en los centros acti'os del adsor$ente. n este tipo de adsorción el adsor$ato sufre una transformación, más o menos intensa, de su naturalea química. sta adsorción suele estar fa'orecida a una temperatura ele'ada
MECANISMO GENERAL DE LA ADSORCIÓN ADSORCIÓN
La adsorción o$edece a las le&es de equili$rio entre la concentración en fase líquida & la concentración en fase sólida, so$re la superficie del material adsor$ente. La adsorción de un soluto se efect:a seg:n una sucesión de cuatro etapas cinéticas
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a. Transferencias
del soluto desde el seno de la fase líquida hac ia la película líquida que rodea el adsorbente. sta transferencia se hace por difusión !"o convección.
b. Transferencia
del soluto a trav#s de la película líquida hacia la superficie del adsorbente. Caracteri$ada por el coeficiente de transferencia de masa %lobal e&terna '(f)* par+metro inversamente proporcional a la resistencia e,ercida por la película e&terna a la transferencia de masa. l espesor de esta película e&terna* -delta* ! (f dependen de las turbulencias e&istentes en el interior de la fase líquida.
c. ifusión
del soluto en el %rano* ba,o los efectos del %radiente de concentración. sta difusión puede hacerse/ en estado libre* en el líquido intraparticular 'el coeficiente de difusión porosa* p* caracteri$a esta mi%ración)0 o en estado combinado* de un sitio de adsorción a otro ad!acente 'el coeficiente co eficiente superficial* s* es especifico de esta etapa).
Al%unos autores '1oll*2334) no establecen una diferencia entre estos coeficientes ! los a%rupan en uno solo* efc* Coeficiente de ifusión fectiva.
d. dsorción propiamente dic*a. ste fenómeno corresponde al sistema de más $a-a
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energía & se caracteria por las interacciones solutosoporte, que pueden ser de dos tipos+ la adsorción física (fisiosorpión) que se $asa en las fueras intermoleculares dé$iles (8an (8an der 9aals o electrostática), cu&os efectos son re'ersi$les, & la adsorción química (quimiosorción) que se $asa en las fueras de naturalea co'alente, cu&os efectos son casi siempre irre'ersi$les. La e
FACTORES QUE AFECTAN LA ASORC!"N l ni'el de acti'idad de la adsorción depende de+
La temperatura
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La polaridad de la sustancia. 5na sustancia polar (= solu$le en agua) no puede ser eliminada o es malamente eliminada por el car$ón acti'o, una sustancia no polar puede ser totalmente eliminada por el car$ón acti'o. l tipo de compuesto que desee ser eliminado. Los compuestos con ele'ado peso molecular & $a-a solu$ilidad se a$sor$en más fácilmente. La concentración del compuesto que desea ser eliminado. Cuanto más alta sea la concentración, más car$ón se necesitará. Presencia de otros compuestos orgánicos que competirán con otros compuestos por los lugares de adsorción disponi$les. l p> del agua. Por e-emplo, los compuestos ácidos se eliminan más fácilmente a p>s
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$a-os
PL4CC403/ n particular, la adsorción resulta fundamental en procesos químicos que son acelerados por la presencia de cataliadores cu&o estado de agregación es distinto al de los reacti'os. ste tipo de catálisis *eterogénea se utilia en procesos como la pirólisis del petróleo, el proceso para la síntesis de amoniaco (cataliador de ?e), la fa$ricación de ácido sulf:rico (con 8@06) &
nítrico (con PtA1*), la *idrogenación catalítica de aceites & grasas (con PtAPd), & muc*os más. 0tro e-emplo lo encontramos en los con'ertidores catalíticos de los automó'iles, donde los contaminantes se adsor$en so$re cataliadores de PtAPd. 4ncluso a ni'el $iológico, el primer paso en el proceso de catálisis enimática es la adsorción del sustrato so$re la superficie de la enima que se encuentra en suspensión coloidal (tBins, !""!; reenDood, !"#E; /n&der, !""6; 9est, !"6F). n cromatografía de líquidos & gases la adsorción se utilia para separar los componentes de una mecla. sta separación se $asa en los diferentes grados de interacción de cada compuesto con el adsor$ente. l mismo principio está detrás del funcionamiento de filtros de uso doméstico e industrial, desde el e
La adsorción se aplica industrialmente en muc*os casos+ para secar corrientes de gas por adsorción de su *umedad so$relec*o de gel de sílice, para eliminar olores de una corrientepor adsorción so$re el car$ón acti'o, para decolorar líquidos recuperar disol'entes del aire am$iente e'itando la contaminación por 'apores orgánicos
La adsorción se utilia en muc*os casos de purificación de fluidos, que contienen contaminantes que les confieren sa$ores & olores desagrada$les. sí, en los umos de naran-a, la limonina es un compuesto que le confiere un sa$or amargo, & puede ser eliminada por adsorción so$re polímeros. e igual modo, las melaninas & melanoidinas, formadas por los pardeamientos enimático & no enimático, pueden ser eliminadas por adsorción so$re ca r$ón acti'ado (Ibarz, (Ibarz, A. 2005 )
5na de las aplicaciones más conocidas de la adsorción en el mundo industrial, es la e
INTRODUCCIÓN Los procesos en las superfcies están presentes en muchos aspectos de la vida cotidiana. Aunue se limite la atenci!n a las superfcies s!lidas" la importancia de los procesos apenas se reduce. La via#ilidad de una industria está determinada determinada #ien constructivamente" como en la catálisis" o #ien destructivamente" como en la corrosi!n" por procesos ue tienen lu$ar en las superfcies s!lidas. %or otra parte" en los sistemas #iol!$icos" la trans&erencia de materiales hacia el interior ' hacia el e(terior delas c)lulas tiene lu$ar mediante adsorci!n so#re la mem#rana celular" penetraci!n en la misma ' desorci!n en la superfcie opuesta de la mem#rana D*+INICIÓN La adsorci!n es un proceso de separaci!n ' concentraci!n de uno o más componentes de un sistema so#re una superfcie s!lida o l,uida. Los distintos sistemas hetero$)neos en los ue puede tener lu$ar la adsorci!n son- s!lido liuido" s!lido$as ' l,uido$as. Como en otros procesos de este tipo" los componentes se distri#u'en selectivamente selectivamente entre am#as &ases. La adsorci!n es la trans&erencia de un soluto en un $as o l,uido /adsor#ato0 hacia la superfcie de un s!lido /adsor#ente0 en donde el soluto es retenido como resultado de atracciones intermoleculares con las mol)culas s!lidas.
AD1ORCION +I1ICA 1i el adsor#ato ' la superfcie del adsor#ente interact2an interact2an s!lo por medio de &uer3as de 4an der 5aals" se trata de Adsorci!n +,sica. Las mol)culas adsor#idas están li$adas d)#ilmente a la superfcie ' los calores de adsorci!n son #a6os" apenas unas cuantas 7ilocalor,as" compara#les al calor de vapori3aci!n del adsor#ato. *l aumento de la temperatura disminu'e considera#lemente considera#lemente la adsorci!n. adsorci!n. AD1ORCION 8UI9ICA 1e da cuando las mol)culas adsor#idas reaccionan u,micamente con la superfcie" en este caso se &orman ' se rompen enlaces" el calor de adsorci!n tiene intervalos de valores análo$os a los de una reacci!n u,mica hasta unas :;; 7cal. Atendiendo a las &uer3as de interacci!n entre las mol)culas de adsor#ente ' adsor#ato" se acepta la e(istencia de dos tipos &undamentales de adsorci!n. Cuando estas &uer3as son del tipo dipolo dipolo" dipolo dipolo inducido o &uer3as de dispersi!n" se usa el t)rmino de Adsorción física o sisorción. Cuando las fuerzas son enlaces covalentes se aplica el t)rmino de adsorción química o quimisorción.
CARACT*RI1TICA1 La adsorci!n es altamente selectiva. La cantidad adsor#ida depende en $ran medida de la naturale3a ' del tratamiento previo al ue se ha'a 1ometido a la superfcie del adsor#ente" as, como de la naturale3a de la sustancia adsor#ida. adsor#ida. Al aumentar la superfcie de adsor#ente ' la concentraci!n concentraci!n de adsor#ato" aumenta la cantidad adsor#ida *s un proceso rápido cu'a velocidad aumenta cuando aumenta la temperatura" pero desciende cuando aumenta la cantidad adsor#ida
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