Adsorción
La adsorción, el intercambio iónico y la cromatografía son procesos de sorción en los que ciertos adsorbatos se transfieren selectivamente desde la fase fluida a la superficie de partículas rígidas insolubles suspendidas en un recipiente o empaquetadas en una columna.
La cantidad adsorbida casi siempre está normalizada por la masa del adsorbente para permitir la comparación de diferentes materiales.
Irving Langmuir fue el primero en derivar una isoterma de adsorción con base científica en 1918.
Se basa en cuatro supuestos: Estas cuatro suposiciones rara vez son todas ciertas: siempre hay imperfecciones en la superficie, las moléculas adsorbidas no son necesariamente inertes y el mecanismo claramente no es el mismo para las primeras moléculas que se adsorben en una superficie que para la última.
La cuarta condición es la más problemática, ya que con frecuencia se adsorberán más moléculas en la monocapa; este problema es abordado por la isoterma BET para superficies relativamente planas (no microporosas).
Langmuir sugirió que la adsorción tiene lugar a través de este mecanismo:
[12] La elección del modelo basado en el mejor ajuste de los datos es un error común.
En 1938, Stephen Brunauer, Paul Emmett y Edward Teller desarrollaron un modelo de isoterma que tiene en cuenta esa posibilidad.
El supuesto clave utilizado para derivar la ecuación BET es que los sucesivos calores de adsorción para todas las capas excepto la primera son iguales al calor de condensación del adsorbato.
Este efecto fue estudiado en un sistema donde el nitrógeno era el adsorbato y el tungsteno el adsorbente por Paul Kisliuk (1922-2008) en 1957.
[13] Para compensar la mayor probabilidad de que se produzca adsorción alrededor de las moléculas presentes en la superficie del sustrato, Kisliuk desarrolló la teoría del estado precursor, según la cual las moléculas entrarían en un estado precursor en la interfaz entre el adsorbente sólido y el adsorbato en la fase gaseosa.
Si partimos de la isoterma BET y asumimos que el cambio de entropía es el mismo para licuefacción y adsorción, obtenemos es decir, la adsorción es más exotérmica que la licuefacción.
Desde 1980 se trabajaron dos teorías para explicar la adsorción y obtener ecuaciones que funcionen.
Estos dos se conocen como la hipótesis chi, la derivación mecánica cuántica y el exceso de trabajo superficial, ESW.
donde "ads" significa "adsorbido", "m" significa "equivalencia de monocapa" y "vap" es una referencia a la presión de vapor del adsorbente líquido a la misma temperatura que la muestra sólida.
Las desviaciones estándar típicas para ajustes de isotermas completos, incluidas las muestras porosas, suelen ser inferiores al 2 %.
Los adsorbentes se utilizan generalmente en forma de gránulos esféricos, varillas, molduras o monolitos con un radio hidrodinámico entre 0,25 y 5 mm.
Las zeolitas son aluminosilicatos cristalinos naturales o sintéticos, que tienen una red de poros repetidos y liberan agua a alta temperatura.
[18] El proceso de carbonización incluye el secado y luego el calentamiento para separar los subproductos, incluidos los alquitranes y otros hidrocarburos de la materia prima, así como para expulsar los gases generados.
En el caso del agua adsorbida físicamente, la hidratación de la superficie se puede eliminar simplemente mediante el secado en condiciones de temperatura y presión que permitan la vaporización total del agua.
Cuando se necesita calor durante la noche, las horas sin sol o el invierno, el aire humidificado fluye a través de la zeolita.
[22] La personalización de los adsorbentes los convierte en una alternativa potencialmente atractiva a la absorción.
Debido a que los adsorbentes se pueden regenerar por cambios de temperatura o presión, este paso puede requerir menos energía que los métodos de regeneración por absorción.
Por tanto, las células vivas no interactúan directamente con la superficie del biomaterial, sino con la capa de proteínas adsorbidas.
Como resultado, estos sitios pueden servir como "portales" para una adsorción muy rápida al resto de la superficie.
El fenómeno se basa en el efecto de "desbordamiento" común (descrito a continuación), en el que ciertas especies adsorbidas exhiben una gran movilidad en algunas superficies.
[30] King y colaboradores[31][32][33] desarrollaron un modelo similar, pero independiente, para describir la adsorción de hidrógeno en catalizadores bimetálicos de rutenio, plata-rutenio y cobre-rutenio promovidos por álcalis.
[36] En el caso de sistemas catalíticos o adsorbentes en los que una especie de metal se dispersa sobre un material de soporte (o portador) (a menudo óxidos cuasi-inertes, como alúmina o sílice), es posible que una especie adsorbente adsorba indirectamente a la superficie del soporte debajo condiciones en las que dicha adsorción es termodinámicamente desfavorable.
La presencia del metal sirve como una vía de menor energía para que las especies gaseosas se adsorban primero en el metal y luego se difundan en la superficie de soporte.
El efecto de derrame se ha utilizado para explicar muchas observaciones en catálisis y adsorción heterogéneas.
