La adsorción es un fenómeno superficial que se puede definir como el enriquecimiento de uno o más componentes en la región entre dos fases, conocida como interfase o capa interfacial. En el presente contexto, una de las fases es necesariamente un sólido, el adsorbente, y la fase móvil un fluido, que puede ser gas o líquido.
El compuesto que se concentra en la superficie se denomina adsorbato, y la sustancia en la fase fluida capaz de ser adsorbida es el adsorbible. Si el adsorbato es un gas, éste puede ser un compuesto puro o una mezcla. Si la fase fluida es un líquido, éste puede ser un componente puro, una mezcla de líquidos miscibles o una disolución. En el caso de que la fase móvil no sea un componente puro, se producirá una competencia entre las distintas substancias durante el proceso de adsorción. Este proceso se basa en la capacidad de ciertos sólidos para fijar en su superficie solutos específicos.
Weber y Smith (1987) postularon que el mecanismo de adsorción consiste de cuatro etapas:
- Transferencia del adsorbato de la fase líquida externa hacia la fase líquida situada en proximidad de la superficie del material.
- Transferencia del adsorbato a través de la capa líquida hacia la superficie externa del adsorbente.
- Difusión del adsorbato hacia el interior de los poros del adsorbente bajo el efecto del gradiente de concentraciones. La molécula puede difundirse de un sitio de adsorción hacia otro (difusión superficial) o difundirse de la fase líquida al interior del grano hacia un sitio de adsorción (difusión porosa).
- Adsorción.
La retención de una molécula de adsortivo por un adsorbente puede ser debida a dos causas:
- Adsorción física: Es una interacción débil, similar a la condensación.
- Adsorción química: Una interacción fuerte, también llamada adsorción de van der Waals.
Factores influyentes en la adsorción
Existen infinidad de factores que influyen en la adsorción, debido a que es un proceso que pertenece a la química de superficies, en consecuencia el conocimiento de las características de la superficie activa son importantes, para así poder modificar y/o mejorar sus propiedades para hacerla óptima para el proceso de absorción.
Tipos de adsorbentes
Los adsorbentes son materiales naturales o sintéticos de estructura amorfa y microcristalina. Los utilizados en gran escala son el carbón activo, la alúmina activa, la zeolita, el gel de sílice, la tierra de Fuller, otras arcillas, etc. Se han desarrollado muchos adsorbentes para una amplia gama de separaciones. Por norma, los adsorbentes tienen forma esférica, pequeños gránulos cuyos tamaños comprenden de 0.1 mm a 12 mm.
Una partícula de adsorbente tiene una estructura muy porosa, con numerosos poros muy finos, cuyo volumen alcanza hasta el 50 % del volumen total de la partícula. La adsorción suele ocurrir como una monocapa sobre la superficie de los poros, pero a veces se forman varias capas. La adsorción física, o de van der Waals, por lo general sucede entre las moléculas adsorbidas y la superficie interna sólida del poro, y es fácilmente reversibl
- Carbón activo
Éste es un material microcristalino que proviene de la descomposición térmica de madera, cortezas vegetales, carbón, etc., y tiene áreas superficiales de 300 a 1200 m 2 /g con un promedio de diámetro de poro de 10 a 60 A. Las sustancias orgánicas generalmente adsorben carbón activo.
2.Gel de sílice
Este adsorbente se fabrica tratando con ácido una solución de silicato de sodio y luego secándola. Tiene un área superficial de 600 a 800 m2 /g y un promedio de diámetro de poro de 20 a 50 A. Se utiliza principalmente para deshidratar gases líquidos y para fraccionar hidrocarburos.
3.Alúmina activada
Para preparar este material se activa el óxido de aluminio hidratado calentándolo para extraer el agua. Se usa ante todo para secar gases y líquidos. Las áreas superficiales fluctúan entre 200 y 500 m2 /g con un promedio de diámetro de poro de 20 a 140 A.
Aplicaciones industriales de la adsorción
La adsorción, además de estar implicada en procesos naturales, tiene importantes aplicaciones industriales, que compiten con otros métodos clásicos como la extracción, la destilación, la cristalización, etc. La capacidad que tienen los adsorbentes de retener compuestos que se encuentran en muy bajas concentraciones, como ocurre con muchos contaminantes, hace que sea una de las tecnologías más utilizadas para resolver un gran número de problemas medioambientales.
Procesos de separación, es la aplicación más importante, sustituyendo en algunos casos a otras operaciones de separación como: destilación, cristalización, extracción con disolventes, etc. En estos casos la adsorción suele ser de tipo físico -reversible-, lo que permite la reutilización del adsorbente y la recuperación de los adsorbatos. De entre las aplicaciones más utilizadas se pueden citar:
• Separación de gases de mezclas gaseosas: desodorización del aire, eliminación de gases tóxicos, etc.
• Separación de vapores de gases: recuperación de disolventes, secado de gases, deshumidificación del aire, etc.
• Fraccionamiento de mezclas de fluidos y sólidos disueltos: la mayor parte de estas separaciones utilizan como adsorbentes tamices moleculares, por su gran selectividad.
• Separación de iones de disoluciones: compite con el intercambio iónico en la concentración de metales, eliminación de compuestos inorgánicos, recuperación de residuos, desmineralización y ablandamiento de aguas, etc.
• Separación de sólidos no iónicos y coloides disueltos: decoloración y clarificación de aceites vegetales, de fracciones petrolíferas, de melazas, etc.
• Retención de productos activos de fisión que escapan de los elementos combustibles nucleares.
• Separación de n-parafinas en corrientes de naftas, querosenos o gasóleos.
• Separación de olefinas de parafinas: la deshidrogenación de n-parafinas es una vía de obtención de olefinas lineales.
Bibliografía
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