Se describe la determinación del área superficial específica a partir de datos de adsorción de fenol y colorantes de soluciones acuosas, así como de ácidos grasos a partir de soluciones no acuosas, en diferentes sólidos.
1. Universidad de Sonora
División de Ingenierías
Dpto. de Ingeniería Química y Metalurgia
Ingeniería Química
Operaciones Unitarias II
“Determinación de la superficie específica por
medio de adsorción en solución”
Héctor Rolando Múzquiz García
17 de marzo del 2016 Hermosillo, Sonora
2. Determinación de la superficie específica por
medio de adsorción en solución (Determination
of the specific surface by adsorption from
solution)
Autores: G.M. Därr, U. Ludwig (Facultad de
Ingeniería de Minas, Renania del Norte-
Westfalia. Universidad Técnica de Aquisgrán,
Alemania.)
Publicado en “Materiales y Construcción” Vol. 6
N. 33 en 1973. Págs. 233-237.
5. Diversos métodos se utilizan para determinar la
superficie específica:
Mediciones por medio de microscopía
electrónica
Resistencia al flujo de gases (Blaine)
Adsorción de nitrógeno de acuerdo a la
isoterma de B.E.T.
Sin embargo, estos métodos requieren una
gran cantidad de tiempo y equipos.
6. La adsorción de colorantes en solución
acuosa o de ácidos grasos en benceno y
metanol, son más simples y ventajosas por
este punto de vista.
Se mostró que la adsorción de colorantes
en medio acuoso obedece la ley de la
adsorción de Freundlich, y su isoterma
corresponde a la de Langmuir.
7. Isotermas en forma de S fueron también
observadas cuando se investigó la
adsorción de ácidos carbónicos, alcoholes y
fenol de soluciones acuosas.
9. Adsorción de azul de metileno
Se determinó que este colorante tenía la
mayor tendencia a la adsorción de todos los
colorantes. Y se comprobó que no se
formaba más que una monocapa.
Tiene forma de placa rectangular con
dimensiones de 17x7.6x3.25 A, con un área
proyectada de 132 A2 (1 m2 por mg)
10. Se vio que este valor se consideraba muy
pequeño para los carbonos, por lo que se
realizaron pruebas en varios tipos de carbono.
Adsorbente Área/mg de azul (m2)
Grafito 1.46
Negro de carbón 2.45
Superficies de mercurio
cargadas
2.44
11. Medición del azul de metileno
Titulación:
Anteriormente se habían hecho
investigaciones en arcillas utilizando titanio,
proveniente de cloruro de titanio, en un
atmósfera de CO2 para evitar la foto-oxidación
del cloruro. 1 mol de metileno es reducida por
dos moles del cloruro.
12. Fotometría:
Usando una solución de referencia con valores
conocidos de azul de metilo, se puede medir la
absorbancia de una solución de concentración
desconocida.
Experimento 1: Aparato de Zeiss Elko II.
Experimento 2: Espectrofotómetro DU de
Beckman con celdas de sílica de 1 cm de
largo.
13. Capacidades de intercambio iónico:
Se realizaron experimentos en arcillas. Éstas
mostraron dependencia lineal entre la
capacidad de intercambio y la adsorción.
El aumento de la adsorción incrementando el
pH muestra que una capa monomolecular
completa no se forma a pH bajo. Por lo tanto,
se trabajó a un pH de 10.
14. Se midieron las capacidades de intercambio
catiónico de las arcillas con iones Ca+2 y
Na+1.
Los resultados se confirmaron con otros
experimentos donde se usaron rangos de
concentración: menores a 7x10^-6 M cuando
los monómeros están presentes y de 10^-5 –
10^3 M para dar equilibrio entre los
monómeros y dímeros
15. Adsorción de otros colorantes:
La adsorción del rojo de metilo de una solución
de benceno, en superficies de sílica hidrofílica
fue investigada.
Sin embargo, la medición colorimétrica del
colorante es muy complicada, ya que cambia
su espectro de adsorción durante la exposición
de la luz.
16. Adsorción de ácidos grasos:
Se usó ácido esteárico, adsorbido de
soluciones de benceno o etanol. Los errores
pueden surgir, debido a reacciones ácidas o
alcalinas de la superficie. La isoterma más
adecuada es de Langmuir
18. Mayor conveniencia para medición de la
superficie específica de materiales
hidrofóbicos.
El fenol actúa como un ácido muy débil, por
lo que se estudio este tipo de materiales,
con adsorción del fenol de soluciones de
tetracloruro de carbono.
Una investigación mostró que la adsorción
del fenol sobre sílica era reversible.
19. Primero, se pensó que sería como los
colorantes (tipo langmuir).
El área ocupada por la monocapa,
determinada comparando BET con
microscopía electrónica fue de 3.2 m2/mg.
Sin embargo, este valor da mayores
resultados cuando es utilizado para la
determinación de superficies pequeñas.
20. Se midió la adsorción del fenol por negro de
carbón, y se trataron las isotermas según la
ecuación de BET. El área proyectada de la
molécula adsorbida de fenol fue 41.2 A2.
La adsorción a partir de soluciones de
decano en rellenos de sílice se comparó con
la adsorción de nitrógeno. Se obtuvo un área
de 40,2 A2.
21. Para aplicar la ecuación de BET, el solvente
debe de satisfacer ciertos requerimientos:
Debe ser no polar y tener una presión de
vapor baja a la temperatura ambiente
La capacidad del solvente del fenol deber
ser suficiente pero menor a 10g/100 ml
El solvente debe ser menos preferido por el
adsorbente que el fenol
22. Como la presión vapor del tetracloruro es
mucho mayor que la del decano, mayores
variaciones en las mediciones se observan
cuando se usa tetracloruro.
Por lo tanto, la isoterma de adsorción solo
puede ser determinada en intervalos de
concentración muy bajos, ya que la
solubilidad del fenol en el tetracloruro es
mucho mayor que en la del decano.
23. La superficie puede ser calculada de acuerdo
a la ecuación de BET
Donde
Si K>>1 tendremos
24. Esta ecuación solo se puede usar en
soluciones del 5 al 20% de saturación. Para
mantener bajo el error determinando el
valor de la sumatoria, se recomienda hacer
mediciones a concentraciones altas (16-
20%)
26. Áreas específicas Áreas específicas determinadas por
Microscopía
electrónica
Adsorción
de N2
Adsorción
de fenol
Adsorción
de azul de
metileno
Intercambio
catiónico
