Que es adsorción

Es una operación que explota la capacidad especial de ciertos sólidos para hacer que sustancias específicas de una solución se concentren en la superficie de la misma, de esta forma, pueden separarse unos de otros los componentes de soluciones gaseosas o líquidas1.

Generalmente el adsorbente tiene la forma de partículas pequeñas en un lecho fijo. El fluido se hace pasar por el lecho y las partículas sólidas adsorben componentes del fluido. Cuando el lecho está casi saturado, el flujo se detiene y el lecho se regenera térmicamente o por otros métodos, de modo que ocurre una desorción. Así se recupera el material adsorbido (adsorbato) y el adsorbente sólido queda listo para otro ciclo de adsorción.

Propiedades de los adsorbentes

Se han desarrollado muchos adsorbentes para una amplia gama de separaciones. Por lo común, los adsorbentes tienen forma de pelotitas, pequeñas cuentas o gránulos cuyo tamaño va de cerca de 0.1 mm a 12 mm, y las partículas más grandes se usan en los lechos empacados. 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 mono-capa 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 reversible.

Existen varios adsorbentes comerciales y algunos de los principales se describen en seguida. Todos se caracterizan por grandes áreas superficiales de los poros, que van desde 100 hasta más de 2000 m*/g.

1. Tierras de Fuller: Son arcillas naturales; las variedades norteamericanas proceden generalmente de Florida y Georgia. Principalmente son silicatos de aluminio y magnesio, bajo la forma de atapulguita y montmorillonita. La arcilla se calienta y se seca, y durante esta operación desarrolla una estructura porosa, es molida y cernida. Los tamaños que se consiguen comercialmente van desde grandes gránulos hasta polvos finos. Las arcillas son particularmente titiles para decolorar, neutralizar y secar productos del petróleo como aceites lubricantes, aceites de transformador, querosenos y gasolinas, lo mismo que aceites vegetales y animales. Lavando y quemando la materia orgánica adsorbida sobre la arcilla durante su utilización, el adsorbente puede utilizarse muchas veces1.

2. Arcillas activadas: Son bentonita u otras arcillas que no muestran ningún poder de adsorci6n hasta que se activan mediante el tratamiento con ácido sulfúrico o clorhídrico. Después de este tratamiento, la arcilla se lava, se seca y se reduce a un polvo fino. Es particularmente 6til para decolorar productos del petróleo; generalmente se descarta después de una sola aplicación1.

1 Operaciones de transferencia de masa segunda edición. Robert E. Treybal. Mc. Graw Hill. (No tiene país de edición

ni fecha). Pág.625, 628.

3. Bauxita: Es cierta forma de la alúmina hidratada natural que debe activarse mediante calentamiento a temperaturas que varían entre 450 a 1 500 “F, con el fin de activar su poder de adsorción. Se utiliza para decolorar productos del petróleo y para sacar gases; se puede reactivar mediante calentamiento1.

4. Alúmina. Es un óxido de aluminio hidratado, duro, que se activa por calentamiento para eliminar la humedad. El producto poroso se puede conseguir como gránulos o polvos; se utiliza principalmente como desecante de gases y líquidos. Puede reactivarse para volverse a utilizar1.

5. Carbón de hueso: Se obtiene mediante la destilación destructiva de huesos pulverizados y secos a temperaturas de 600 a 900 OC. Se utiliza principalmente en la refinación del azúcar; puede volverse a utilizar después de lavado y quemado1.

6. Carbones decolorantes: Se preparan de modos distintos. (a) Se mezcla materia vegetal con sustancias inorgánicas como cloruro de calcio; se carboniza y elimina por lixiviación la materia inorgánica. (b) Mezclando materia orgánica. como aserrín, con sustancias porosas como piedra pómez; luego se emplea calentamiento y carbonizaci6n para depositar la materia carbónica en todas las partículas porosas. (c) Se carboniza madera, aserrín y similares: luego se emplea activación con aire o vapor caliente. La lignita y el carb6n bituminoso también son materias primas. Se utilizan para gran cantidad de fines, incluso para la decoloración de soluciones de azúcar, sustancias químicas industriales, drogas y líquidos de limpieza en seco, purificaci6n de agua, refinamiento de aceites vegetales y animales y para la recuperación de oro y plata a partir de sus soluciones de cianuro1.

7. Carbón adsorbente de gases: Se prepara por carbonización de cascaras de coco, semillas de fruta, carb6n, lignita y madera. Debe ser activado, lo cual equivale esencialmente a un proceso parcial de oxidaci6n mediante tratamiento con aire o vapor caliente. Se puede conseguir en forma granular o de lentejas; se utiliza para la recuperaci6n de vapores de disolventes en mezclas gaseosas, en máscaras de gas, recuperación de hidrocarburos de la gasolina a partir de gas natural y para el fraccionamiento de gases de hidrocarburos. Para volverlo a utilizar, se puede revivir, por evaporación del gas adsorbido1.

8. Carbón activado de malla molecular: Es una forma preparada especialmente con aberturas de poro controladas, que van desde 5 hasta 5.5 Angstroms (la mayoría de los carbones activados van desde 14 hasta 60 Angstroms o 10-10m). Los poros pueden admitir, por ejemplo, hidrocarburos parafínicos, pero rechazan isoparafinas de diámetros moleculares grandes. El producto es útil para fraccionar compuestos acetilénicos, alcoholes, ácidos orgánicos, cetonas. aldehídos y muchos otros1.

1 Operaciones de transferencia de masa segunda edición. Robert E. Treybal. Mc. Graw Hill. (No tiene país de edición

ni fecha). Pág.628.

9. Adsorbentes poliméricos sintéticos: Son perlas esféricas porosas, 0.5 mm de diámetro; cada perla es un conjunto de micro esferas, 10-4 mm de diámetro. El material es sintético, fabricado de monómeros polimerizadles de dos tipos principales. Los fabricados a partir de aromáticos insaturados como estireno y divinilbenceno, son útiles para la adsorción de orgánicos no polares a partir de soluciones acuosas. Los fabricados a partir de esteres acrílicos son adecuados para solutos mas polares. Se utilizan principalmente en el tratamiento de soluciones acuosas; se regeneran por lixiviación con alcoholes o cetonas de bajo peso molecular1.

10. Silica gel: Es un producto muy duro, granular, muy poroso; se prepara a partir del gel precipitado por tratamiento ácido de una solución de silicato de sodio. Su contenido en humedad antes de utilizarse varía del 4 al 7% más o menos; se utiliza principalmente para la deshidratación del aire y otros gases, en mascaras de gases y para el fraccionamiento de hidrocarburos. Para volverse a utilizar, se puede revivir por evaporación de la materia adsorbida1.

11. Mallas moleculares: Son cristales de zeolitas sintéticos, porosos, aluminosilicatos rnetálicos. Las “jaulas” de las celdas cristalinas pueden atrapar materia adsorbida; el diámetro de los pasadizos, controlado por la composición del cristal, regula el tamaño de las moléculas que pueden entrar o ser excluidas. Por lo tanto, las mallas pueden separar de acuerdo con el tamaño molecular, y también por adsorción de acuerdo con la polaridad molecular y el grado de insaturación. Se pueden conseguir industrialmente unos nueve tipos, cuyos diámetros nominales de poro van de 3 a 10 A; estos tipos tienen forma de lentejas, perlas y polvos. Se utilizan para la deshidratación de gases y líquidos, la separación de mezclas de hidrocarburos gaseosos y líquidos y para una gran variedad de procesos, se regeneran por calentamiento o elución1.

Proceso de adsorción global.El proceso de adsorción global consta de una serie de pasos. Cuando el fluido pasa alrededor de la partícula en un lecho fijo (figura.1).

1. el soluto primero se difunde desde el volumen del fluido hacia toda la superficie exterior de la partícula.

2. Luego, el soluto se difunde hacia el interior del poro hasta la superficie del mismo. 3. Por último, el soluto se adsorbe sobre la superficie.

1 Operaciones de transferencia de masa segunda edición. Robert E. Treybal. Mc. Graw Hill. (No tiene país de edición

ni fecha). Pág.629.

Figura.1. Pasos del proceso de adsorción global.