ADSORCIÓN DE VIOLETA DE METILO EN CARBÓN ACTIVADO MODIFICADO CON ÁCIDO:

ISOTERMAS Y TERMODINÁMICA

Ireri Artemisa Moroyoqui Castro

15 de octubre de 2015

Operaciones Unitarias 2

ADSORCIÓN DE VIOLETA DE METILO EN CARBÓN ACTIVADO MODIFICADO CON ÁCIDO: ISOTERMAS

Y TERMODINÁMICA

Autores:Azam T. Mohd Din Bassim H. Hameed

Escuela de Ingeniería Química, Campus de Ingeniería, Universiti Sains Malaysia, 14300 Nibong Tebal, Penang, Malaysia

Datos de la revista: Journal of applied sciences in enviromental sanitation

Volume V, Páginas: 151-160, April - June, 2010

ÍNDICE

• Introducción• Materiales y métodos• Experimento de adsorción por lotes• Funciones de error• Resultados y discusión• Termodinámica

INTRODUCCIÓN

• Contaminación por colorantes

• Técnicas utilizadas

• Procesos de adsorción

• Isotermas de adsorción

• Violeta de metilo

MATERIALES Y MÉTODOS

• Preparación del adsorbente F200C– Lavado inicial (HCl 0.01 M y agua destilada caliente) y posteriormente

se seca en un horno a 110°C por 24 horas.– Después es tratado con una solución de H2SO4 al 15% en peso y se

vuelve a secar en un horno a 110°C por 24 horas antes de ser utilizado.

Tabla 1: Propiedades del área de la superficie del F200C

Propiedades

Área total de la superficie (m2 g.1) 676.4

Área de microporos (m2 g.1) 625.3

Área de mesoporos (m2 g.1) 51.1

Volumen total de poros (cm3 g.1) 0.379

Tamaño promedio de poros (nm) 2.243

• Análisis del violeta de metilo– Espectrofotómetro Genesys 20

EXPERIMENTOS DE ADSORCIÓN POR LOTES

• Soluciones de violeta de metilo – 1 g de tinte en polvo por 1000 mL y después se prepararon diferentes

soluciones a concentraciones iniciales (50 a 250 mg por litro).

• Se añade el adsorbente– 0.2 g por cada 200 mL de solución.

• Se ponen las soluciones en un agitador con baño caliente.

• Se extraen muestras a intervalos de tiempo.

Cantidad de adsorbato adsorbido (q)

• Cantidad de adsorbato adsorbido en el tiempo t, qt (mg g-1)

• Cantidad de adsorbato adsorbido en el equilibrio, qe (mg g-1)

FUNCIONES DE ERROR

• Coeficientes de regresión lineal (R2)

• Suma de cuadrados de error (SSE)

• Prueba de chi cuadrado (X2)

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

• Prueba de las isotermas

– Langmuir

– Freundlich

– Temkin

– D-R

Tabla 2: Constantes de las isotermas para el sistema de adsorción violeta de metilo – F200C

Modelo Constante Temperatura, K

303 313 323

Langmuir Qm (mg g.1) 83.3 90.1 88.5

KL x 10-3 (L mg-1) 6.084 6.112 7.097

Freundlich KF (mg g-1)(L mg-1)1/n 1.338 1.684 1.866

n 1.49 1.55 1.56

Temkin β ( kJ mol-1) 17.70 19.26 20.03

KT (L mg-1) 0.060 0.063 0.068

D-R q (mg g-1) 40.41 42.82 47.04

KD x 10-4 (mol2 kJ-2) 2.350 1.747 1.728

Fig. 2. Gráfica de la isoterma de Langmuir para la adsorción de violeta de metilo en F200C

Fig. 3. Gráfica de la isoterma de Freundlich para la adsorción de violeta de metilo en F200C

Fig. 4. Gráfica de la isoterma de Temkin para la adsorción de violeta de metilo en F200C

Fig. 4. Gráfica de la isoterma D-R para la adsorción de violeta de metilo en F200C

Análisis del error

• Se puede concluir que las isotermas que mejor se ajustan al sistema de adsorción violeta de metilo – F200C son la de Freundlich y la de Temkin.

• Los coeficientes de regresión lineal para la isoterma de Langmuir a 303 y 323 K son menos de 0.9, pero los errores obtenidos de forma no lineal son pequeños.

• La isoterma D-R es la menos aplicable tomando en cuenta las R2 y los altos valores de error.

TERMODINÁMICA

• Conocer el resultado de la energía libre de Gibbs, ΔG° es importante para saber de la espontaneidad de la adsorción.

• La entropía, ΔS° se utiliza para conocer el grado de libertad de las moléculas dentro del sistema.

• Por otro lado la entalpía, ΔH° es útil para saber si el proceso es exotérmico o endotérmico.

Para obtener la energía libre de Gibbs se utilizó la siguiente fórmula:

Donde KL se toma de los resultados del parámetro utilizado en la isoterma de Langmuir a diferentes temperaturas. La siguiente es la ecuación de Van’t Hoff y se utiliza para conocer la entropía y la entalpía, respectivamente.

Temperatura, K -ΔG° (kJ mol-1) Ea (kJ mol-1) ΔH° (kJ mol-1) ΔS° (J mol-1K-1)

303 19.604 46.1

6.201 84.889313 20.263 53.5

323 21.312 53.8

Tabla 4: Propiedades termodinámicas del sistema de adsorción violeta de metilo – F200C

• La energía libre de Gibbs negativa indica que la adsorción es espontánea naturalmente.

• El valor positivo de la entalpía sugiere que la adsorción es endotérmica.

• El valor positivo de la entropía indica que la aleateoriedad aumenta en la interfase sólido-solución durante la adsorción.

• Valores arriba de los 40 kJ mol-1 para la energía de activación indica que hay quimisorción.

CONCLUSIONES

• Se puede concluir que las isotermas se ajustaban al sistema de adsorción violeta de metilo - F200C de la siguiente manera:

Freundlich > Temkin > Langmuir > D-R

• Regresión lineal y funciones de error no lineales

• Las propiedades termodinámicas del proceso indican que la adsorción es espontánea, endotérmica, con tendencia a la aleatoriedad y que hay quimisorción.

GRACIAS POR SU ATENCIÓN