Adsorbentes

Caracterización Textural de Adsorbentes
Rafael García Lovera Departamento de Físico-Química, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad de Concepción, Concepción, Chile. rgarcia@udec.cl La caracterización textural de un sólido, considera dos aspectos relacionados entre si, la superficie específica y la porosidad. La superficie específica (Sg) de un sólido representa el área que el material poseepor cada gramo de sustancia, en sólidos porosos el valor de Sg, generalmente se expresa en unidades de [ m2 / g ]. La existencia de poros o cavidades en ciertos tipos de sólidos, les confiere a estos, grandes valores de superficie específica, así materiales como las zeolitas pueden presentar valores de Sg de 600 a 700 [ m2 / g ], y los carbones activados pueden llegar a tener valores de Sg de másde 2000 [ m2 / g ]. Existe una definición más rigurosa de porosidad (0 ) , definida como la fracción de espacio vacío que presenta un material sólido, la porosidad puede ser obtenida mediante la ecuación 1 .

 ρ ap   ............ ( 1 ) η = 1 -   ρr 
La densidad aparente (∆ap), considera el volumen aparente del sólido, esto es el volumen geométrico, sin considerar la existencia deporosidad. Su determinación se realiza mediante picnometría de mercurio, puesto que a presión atmosférica, el mercurio debido a su gran tensión superficial, no penetra en los poros que pudiera tener el sólido. La densidad real (∆r ) del sólido, considera el volumen real de éste, esto es, considera la existencia de porosidad. Como resultado de esta consideración, el volumen real debe ser siempre menor queel volumen aparente, siempre que el sólido presente alguna porosidad. La determinación de la densidad real, debe realizarse por volumetría de gases, siendo el gas más adecuado para ello el Helio, por su inercia y pequeño tamaño. La IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) establece una clasificación del tamaño de los poros, según sea el valor de su diámetro promedio, así se señalanlos siguientes tres grupos: - Microporos : poros con diámetros medios inferiores a 2 [nm] o 20 [∆]. - Mesoporos: Poros con diámetros medios comprendidos entre 2 a 50 [nm] o entre 20 a 500 [∆]. - Macroporos: poros con diámetros medios superiores a 50 [nm] o 500 [∆]. En los sólidos porosos, junto con determinar su porosidad de acuerdo con la ecuación 1, se debe conocer la contribución volumétrica delos micro, meso y macroporos. Además en cierto tipo de sólidos, que no presentan un tamaño uniforme de sus poros, es ideal conocer al mismo tiempo la distribución de tamaño de poros. Las principales metodologías tendientes a entregar información de los volúmenes de poros y su distribución de tamaño, se basan en la adsorción de gases, en la introducción de mercurio a altas presiones (Porosimetríade mercurio) y microsopía electrónica de transmisión o barrido (TEM y SEM), Transparencia 5) . En los sólidos no porosos la superficie específica, corresponde a la superficie geométrica externa del sólido. Si se supone un sólido cristalino cubico perfecto no poroso, su superficie específica, corresponde al área que presentan sus 6 caras. Si en el mismo arreglo geométrico existen además cavidades oporos, se crea una nueva superficie, denominada superficie interna y que
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corresponde a la superficie de las paredes de los poros. A mayor cantidad de poros y mientras más pequeños sean éstos mayor será la superficie interna en desmedro de la superficie externa o geométrica. En la Transparencia 3 se muestra una representación de la evolución de la superficie interna en la medida queaumenta la cantidad de poros. La contribución de los diferentes tipos de poros, micro, meso y macroporos en el valor de la superficie específica es diferente. De acuerdo al ejemplo de la Transparencia 3, es posible concluir que, mientras menor sea las dimensiones de los poros y existan al mismo tiempo en gran cantidad, mayor será el valor de la superficie específica. De esta manera, son los microporos...