PROCESOS DE ADSORCIÓN PROCESOS DE ADSORCIÓN

PROCESOS DE ADSORCIÓN
La adsorción es un proceso mediante el cual se extrae materia de una
fase y se concentra sobre la superficie de otra fase (generalmente
sólida). Por ello se considera como un fenómeno subsuperficial.
PROCESOS DE ADSORCIÓN
TIPOS DE ADSORCIÓN
Según el tipo de atracción entre el soluto y el adsorbente
eléctrico
adsorción por intercambio
de Van der Waals
adsorción física
de naturaleza química
adsorción química - absorción
AIRE / AGUA
La sustancia que se concentra en la superficie o se adsorbe se
llama "adsorbato" y la fase adsorbente se llama "adsorbente".
AGUA
ADSORCION
A
A
ROCA
Por contra, la absorción es un proceso en el cual las moléculas o
átomos de una fase interpenetran casi uniformemente en los de
otra fase constituyéndose una "solución" con esta segunda.
A
A
ABSORCION
ADSORCION
A
A
B
B
A
ISOTERMAS DE ADSORCIÓN
Cs (µ
µ g/g)
Lineal
Freundlich
Langmuir
Isoterma de Freundlich
Cs = K Cmn
lg Cs = lg K + n lg Cm
Cm (µ
µ g/ml)
Isoterma lineal
Cs = Kd Cm
Cs = concentración en el suelo
Cm = concentración en disolución
Kd = constante de adsorción
CAMBIO IONICO
ABSORCION
A
B
Coeficientes de distribución para contaminantes orgánicos
Kow = Co / Cw
Kow = coeficiente de distribución, constante de partición (reparto)
o coeficiente de extracción
Cw = concentración en el agua
Co = concentración en el suelo
n = constante (0 – 1)
log Koc = a log Kow + b
Isoterma de Langmuir
Cs =
a ⋅ Cm
1 + b ⋅ Cm
1
1 1
b
= ⋅
+
Cs
a Cm a
Koc = coeficiente de distribución entre el carbono orgánico y el agua
a,b = constantes que dependen del compuesto
K'd = Koc foc
f oc = fracción de carbono orgánico
a y b = constantes (dependen del
suelo y del tipo de especie
química)
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PROCESOS DE INTERCAMBIO
INTERCAMBIO Na - Ca
Si se considera la reacción de cambio binario entre dos cationes monovalentes A+ y B+
(intercambio monovalente), donde R representa la partícula sólida adsorbente, el intercambio
puede ser descrito:
Na + + 1 / 2 Ca − R 2 → Na − R + 1 / 2 Ca 2 +
1 / 2 Ca 2 + + Na − R → 1 / 2 Ca − R 2 + Na +
A + + B−R ⇔ B+ + A−R
Alcanzándose el equilibrio cuando:
KA/ B =
B+
A+
A
B
[A+] y [B+] actividades respectivas de los iones en la solución
A y B fracciones molares de los iones adsorbidos por la fase sólida
KA/B es la constante o coeficiente de selectividad
si K>1 la permutita tiene preferencia por B+
si K<1 la tiene por A+
CAPACIDAD DE CAMBIO (CCI)
Miliequivalentes que puede cambiar con la solución por cada 100 gr.
Illitas
25 - 50
Montmorillonita
50 -150
Vermiculita
50 - 150
Suelos orgánicos
150 - 400
Series , teniendo en cuenta el tamaño de los iones
Li+< Na+< K+<Cs+
Mg2+< Ca2+< Sr2+< Ba2+
Series de Hofmeister (entre diferentes cationes)
Cationes Li+< Na+< K+< NH4+< Mg2+< Ca2+< Sr2+< Ba2+< Al3+< H+
Aniones SO42-> F-> NO3-> Cl-> Br-> I-> C y S > OHLa posición de los cationes mono y di en una serie combinada tiende a
variar con la naturaleza del material de cambio y con la concentración y
características de la solución en contacto
* Caolinita
* Montmorillonita
* Moscovita
* Ácidos húmicos
Li+<Na+<H+<K+<Mg2+<Ca2+
Li+<Na+<K+<H+<Mg2+<Ca2+
Li+<Na+<Mg2+<Ca2+<K+<H+
Li+<Na+<K+<Mg2+<Ca2+<H+
Estas series se pueden considerar de orden normal. Sin embargo puede
ocurrir una selección preferente de cationes que generalmente puede
explicarse por la polarización y parcial deshitración de cationes.
Arcilla-Na
Na
Ca
Intercambio directo
HCO3Na
Intercambio inverso
CaCl2
Agua-Ca
Arcilla-Ca
Ca
Na
Agua-Na
FACTORES QUE OPERAN EN EL PROCESO
Concentraciones respectivas del catión en el adsorbente y el líquido.
La adsorción relativa es proporcionalmente más intensa en soluciones
diluidas que concentradas
Temperatura
Las reacciones de adsorción son normalmente exotérmicas y por tanto, el
grado de adsorción será presumiblemente mayor, al disminuir la temperatura
La fuerza de enlace con que los iones son retenidos o adsorbidos en
los lugares de cambio depende de:
• Valencia y tamaño del ión
• Densidad de carga, estructura y superficie específica del material de
intercambio
• Concentración relativa de los cationes presentes
• Contenido de agua en el sistema (efecto dilución)
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FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FUERZA
DEL ENLACE
- Valencia
Divalentes más fuertemente adsorbidos que los monovalentes
- Tamaño del ión
Menor radio hidratado, más retenidos (Ca>Mg)
- Estructura
Montmorillonita, todos los cationes son intercambiables. Illita, más
difícilmente
- Superficie específica del material de intercambio
Aumenta con el tamaño de partícula
Illita
80 m2 / kg
Montmorillonita
800 m2 / kg
- Concentración relativa de los cationes presentes
- Contenido de agua en el sistema (efecto dilución)
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