OPERACIONES DE SEPARACIÓN DE MATERIALES CONTAMINANTES

Tema 3: OPERACIONES DE
SEPARACIÓN DE MATERIALES
CONTAMINANTES

Tema 3: OPERACIONES DE SEPARACIÓN DE
MATERIALES CONTAMINANTES

3.1 Adsorción.
3.2 Aplicaciones de la adsorción por carbón activo al
tratamiento de efluentes líquidos peligrosos.
3.3 Resinas intercambiadoras de iones y adsorbentes.
3.4 Aplicaciones de las resinas de intercambio iónico y
adsorbentes en el tratamiento deefluentes industriales

3.1 Adsorción.
Por adsorción se entiende la fijación de las moléculas
de un fluido por contacto con la superficie de un sólido.
Al medio adsorbente sólido
ADSORBENTE
El contaminante o vapor adsorbido
ADSORBATO

Adsorción:
Adsorbato
Adsorbente
Soluto

El proceso contrario
Desorción

Tipos de adsorción
Adsorción Física:
Fuerzas de Van der Waals
Exotérmicoy reversible
Si Temp. Alta
baja ads.
Adsorción Química:
Fuerzas de unión muy estables
Difícil la recuperación.
Generalmente exotérmico y poco
reversible

Objetivos:
concentrar un contaminante que se encuentra en forma diluida o en
elementos trazas en una corriente
•Une una molécula disuelta a la superficie del sólido
• Fenómeno superficial
• Muy selectiva
•Reversible

AdsorptionSolid/liquid
separation

Adsorbent

Adsorbate

Desorption

Selectividad de la adsorción
•
•
•
•

Masa o volumen molecualr
Forma del soluto
Polaridad
Carga electrostática

Estéricos
Químicos

Fuerzas de interacción
•
•
•
•

F. van der Waals
Interacc. electrostáticas
Interacc. hidrofóficas
Puentes de Hidrógeno

•

Puentes químicos
(chemisorption)

Interacc.No
covalentes

Teoría de la adsorción
•
Transporte de la masa del fluido
•
Transporte de la película Los más lentos ==> Paso limitante en la ads.
•
Difusión molecular
•
Enlace físico efectivo

El perfil de concentración a través de la
zona de adsorción tiene forma de S por lo
que el proceso de adsorción aparece
como una onda llamada “onda de
adsorción”.
PUNTO DE RUPTURA.Normalmente, la operación de una
columna de adsorción no se prolonga
hasta su agotamiento.
CONCENTRACIÓN DE ROTURA.

Relaciones de adsorción en equilibrio
Si se representa la cantidad de contaminante (X) adsorbido
por unidad de masa de carbón (M)
X/M frente la concentración del contaminante en la masa del fluido C
se obtiene una ISOTERMA DE ADSORCIÓN
Freundlich

Langmuir

X/M
LinearX
= k [C]
M

Linear

1
X
= k [ C] n
M

Freundlich

a b [ C]
X
=
M
1 + b [ C]

Langmuir

[C]

• X masa de adsorbato adsorbido
• M masa de adsorbente
• [C] concentración del adsorbato en la solución en equilibrio con el adsorbido
• k, a, b : constantes

Langmuir Isotherm
Simplifying assumptions
• Adsorption proceeds to
monolayer formation
only
• All sites areequivalent
and the surface is
uniform
• Molecule adsorption is
independent of
occupation of
neighbouring sites

M g + S surface

ka
kd

M − S surface

dθ
adsorption rate =
= k a p(1 − θ )
dt
dθ
desorption rate =
= k dθ
dt
At equilibrium
k a p (1 − θ ) = k dθ
ka
Kp
,K =
θ=
1 + Kp
kd

Determinación de las constantes
X
a) Linear: M = k [C]
log X/M

b) Freundlich:
1
X= k [ C] n
M

Slope = n
log K
log [C]

c) Langmuir:

a b [ C]
X
=
M
1 + b [ C]

1/(X/M)

Slope
= K/qmax
1/qmax
1/[C]

Typical Langmuir isotherms

Associative adsorption isotherms

Dissociative adsorption isotherms

http://www.oup.co.uk/best.textbooks/chemistry/pchem7/living_graphs/P728C16.html

Un íquido residual contiene 25 mg/l de fenol, se trata con carbónactivo
para reducir la concentración en el efluente hasta 0,1 mg/l.
El carbón activo se añade a la corriente y la mezcla se separa después
en un tanque de sedimentación.
Las constantes de las isotermas de Langmuir se determinan mediante
un test de adsorción cuyos resultados son
Para un volumen de gas residual de 1 l
Test

Carbón
(g)

Conc de fenol en eq
mg/l

1

0.25

6

2...