ADSORCIN DE CARBN ACTIVADO

ADSORCIN DE CARBN ACTIVADORosa Isela Paredes VillagmezEmmanuel Garca VzquezEduardo Franco GarfioAlejandro Avils Daniela Olmos AcostaJose Alberto Diego Mendoza

Qu es la adsorcin?Es la concentracin de un soluto en la superficie de un slido.

Este fenmeno tiene lugar cuando una superficie se pone en contacto con una solucin.En el interior del slido las molculas estn completamente rodeadas por molculas similares y por lo tanto estn sujetas a fuerzas balanceadas, como se indica por la flecha en la figura.

Representacin de las fuerzas en un slido.ADSORCIN FISICA (o de Van der Waals)Las molculas de la superficie estn sujetas a fuerzas des balanceadas, debido a que esas fuerzas residuales son suficientemente fuertes, pueden aprisionar molculas de un soluto que est en contacto con el slido.

CARBONES ACTIVADOS COMO ADSORBENTESLos carbones activados tienen una amplia aplicacin como adsorbentes en plantas potabilizadoras de agua para eliminar sabores y olores causados por compuestos orgnicos. PREPARACIN DEL CARBN ACTIVADOSe prepara de materiales carbonosos crudos como lana, lignita, carbn y cscara de nueces, mediante un proceso de activacin trmica que permite obtener una estructura muy porosa con grandes superficies (1000m/g).REACTIVACIN DEL CARBONO ACTIVADOSu ventaja como adsorbente es la posibilidad de reactivacin (hasta 30 veces o ms) sin perdida apreciable de su poder adsortivo.

OPERACIN DE ADSORCINPuede ser en un sistema:IntermitentecontinuoINTERMITENTEEl carbn activado se mezcla con el agua residual y se deja reposar, posteriormente se separa y se obtiene el agua tratada.

CONTINUASe hace con columnas empaquetadas con carbn granular (40 a 80 mallas), este mtodo es ms econmico que la operacin intermitente.

La remocin de compuestos orgnicos en columnas de carbn activado ocurre por 3 mecanismos La adsorcin de las molculas orgnicas.

La filtracin de partculas mayores.

La sedimentacin de materia coloidal.

Isotermas de adsorcinLas relaciones de equilibrio entre el adsorbente y el adsorbato se describe como isotermas de adsorcin.

LangmuirFreundlich

Isoterma de LangmuirEn el desarrollo de isotermas de Langmuir se supone que el soluto se adsorbe como una capa mono molecular sobre la superficie del adsorbente.

X/M=KbC(1+KC) (1)SiendoX Peso del soluto adsorbido(adsorbato), mg.M Peso del adsorbente.K Constante de equilibrio, cm3 de adsorbente/mg de adsorbato.C Concentracion de equilibrio del soluto mg/1.

b Constante que representa la capa mono molecular por unidad de peso de adsorbente, mg de adsorbato/g adsorbente.

La ecuacin (1) escrita en forma lineal, tomando el reciproco de ambos miembros:1/(M/X)=1/(Kb)*(1/C)+(1/b) (2)

De la ecuacin (2) se grafica 1/(X/M) contra 1/C y se obtiene una lnea recta que nos permite determinar los parmetros K y b y la ordenada de origen, respectivamente.

Isoterma de FreundlichEl isoterma de Freundlich se expresa con la ecuacin:X/M=KC^(1/n) (3)X/M y C representan lo mismo que en la isoterma de Langmuir, K y n son constantes que dependen de algunos factores ambientales.La ecuacin (3) se escribe en forma lineal tomando logaritmos de ambos miembros.Log X/M=(1/n) logC+logK (4)

La ecuacin (4) revela que una grafica logartmica de X/M contra C nos da una lnea recta que nos permite determinar los parmetros n y K con la pendiente y la ordenada de origen.

Intercambio InicoEl intercambio inico es un proceso en el que los iones que mantienen a los grupos funcionales sobre la superficie de un solido por fuerzas electrostticas se intercambian por iones de diferentes especies en solucin.

Intercambio InicoProceso mediante el cual los iones que mantienen a los grupos funcionales sobre la superficie de un slido por fuerzas electrostticas se intercambian por iones de diferentes especies en solucin.

Resinas de Intercambio InicoResinas Sintticas

Polmeros insolubles sobre los cuales se adicionan grupos bsicos o cidos mediante reacciones qumicas.

Estos grupos tienen la capacidad de un cambio reversible con los iones presentes en la solucin.

Nmero total de grupos funcionales por unidad de peso (o volumen) en la resina determina la capacidad de intercambio.El tipo de grupo funcional determinan la selectividad del in y su posicin en el equilibrio de intercambio.

Las partculas de resinas tienen dimetros de 5 mm aproximadamente.Se emplean columnas empacadas con flujos de agua residual de el orden de 5 a 12 ( )/^2

Tipos de resinas de intercambio inico

25Mecanismos de intercambio ionico Hay dos tipos bsicos de intercambiadores inicos :

catinico

anionicoIntercambiadores catinicos Las resinas de intercambio catinico eliminan cationes de la solucin cambindolos por iones de sodio (ciclo de sodio) o por iones de hidrogeno (ciclo del hidrogeno).

Ciclo del sodio:Los cationes son retenidos en la resina y se logra un efluente blando Ciclo del hidrogeno:

Cuando se agota la capacidad de intercambio de la resina, la concentracin del efluente de la columna excede el valor especificado y la resina debe regenerarse. La regeneracin consiste en pasar atraves de la columna una solucin salobre de cloruro de sodio, para el ciclo del sodio; o una solucin acida, para el ciclo del hidrogeno.Ciclo del sodio:

Ciclo del hidrogeno:

Intercambiadores aninicosLas resinas en el intercambio aninico eliminan aniones de la solucin intercambindolos por iones oxhidrilos.

Donde: representan aniones como En la regeneracin generalmente se procede a un lavado para eliminar los solidos depositados. Los re generantes comnmente usados son los hidrxidos de sodio y amonio.

RA+2NaOH R(OH)2+A 2+

Intercambiador inico.

Descalsificador.

8.3.3 Parmetros de diseo de una columna de intercambio inico

El primer paso para disear un sistema de intercambio inico es hacer un anlisis completo de cationes y aniones del influente a tratar. Adems de anlisis de solidos totales disueltos, bixidos de carbono disueltos, slice y pH.

Las concentraciones de los iones se expresan en Meq/l (miliequivalentes por litro)

EjemploPara una solucin que contenga 20 mg/l de Cu +2, la concentracin en trminos de meq/l es:

(20 mg/l)/[(63.5 mg/2 meq)]= 0.63 meq/lSiendo 63.5 el peso atmico del cobre y 2 la valencia.

Parmetros de diseo:Capacidad de intercambio de resinasSe expresa usualmente como equivalente de ion eliminado por unidad de volumen del lecho,(equivalentes sobre resinas)

Tambin se expresa en trminos de peso equivalente de CaCO, tanto por unidad de volumen como por unidad de peso del lecho

(kg de CaCO3/m de resina o Kg de CaCO/kg de resina)

RegenerantesLos regenerantes necesarios Se expresan en trminos de peso por unidad de volumen de lecho (kg de HSO/m )

En el laboratorio se realizan pruebas para conocer la capacidad de intercambio de regeneracin de una resina contra el peso del regenerante, generalmente esta informacin la proporcionan los fabricantes de una resina.

Agua de enjuague. Despus de la regeneracin el lecho intercambiador se enjuaga con agua para eliminar los residuos del regenerante.(el enjuague necesario se expresa en trminos de litros de agua por metro cubico de resina).

La recuperacin de constituyentes valiosos del desecho es un factor importante para determinar la factibilidad econmica del intercambio inico.

Caractersticas de resinas de intercambio inico para tratar el desecho de una industria cromadora.