Adsorción de Ácido Acético sobre Carbón Vegetal a partir de soluciones acuosas

[pic 1]Universidad de Santiago de Chile
Facultad de ingeniería
Departamento de ingeniería en química[pic 2]

Adsorción de Ácido Acético sobre Carbón Vegetal a partir de soluciones acuosas

Nombres: Carolina Marambio Carreño
                                                                        (carolina.marambio@usach.cl)                                
                                     Ariel Niño Rojo
                                                           (Ariel.nino@usach.cl)
Natalia Rodríguez Díaz
                                                                     (natalia.rodriguez.d@usach.cl)
                                Profesor: Manuel Ahumada
                                                           Curso: Principios de los procesos químicos II
                                                  Fecha de entrega: 19 de Abril del 2016

• Resumen

   Esta experiencia tiene como objetivo determinar la isoterma de adsorción del ácido acético sobre carbón vegetal activado en dispersiones acuosas, observando a través de éstas, el comportamiento de las isotermas de adsorción de Freundlich y Langmuir. Para ello realizamos muestras con distintas concentraciones de ácido acético y agua destilada, las cuales llevamos al equilibrio a través del método de agitación (aprox. 40 min), para luego determinar la cantidad de moles adsorbidos de ácido acético gracias a las concentraciones y estudiar el comportamiento de las isotermas, pudiendo observar que el modelo de Freundlich se ajusta mejor a esta experiencia, debido a que el coeficiente de determinación, demuestra una mejor calidad en el ajuste, con un valor de 0,9425, versus un . A continuación se puede observar cómo fue llevada a cabo esta experiencia.[pic 3][pic 4]

• Introducción

El siguiente informe tratará sobre la adsorción de ácido Acético sobre el carbón vegetal activado.
Como sabemos, la adsorción es la retención o concentración de una sustancia en la superficie de un sólido o líquido, en donde la sustancia que se adsorbe es el adsorbato y la superficie sobre la cual lo hace es el adsorbente.

   El carbón activado tiene la característica de poseer gran porosidad, lo que produce que su capacidad de adsorción sea mayor frente al carbón vegetal sin activar.
La fuerza con la que el átomo superficial del carbón activado atrapa a otro es la Fuerza de London, la que es capaz de retener al adsorbato, pero no es lo suficientemente fuerte para considerarla una unión irreversible. Es por esto que el carbón puede volver a activarse para ser utilizado nuevamente.
Esta unión será cuantificada a través de isotermas de adsorción, las cuales son a temperatura constante. Las isotermas relacionan el número de moles adsorbidos en función de la concentración de soluto en el equilibrio.

  Para este caso usaremos la isoterma de Langmuir y la isoterma de Freundlich.
La isoterma de Langmuir plantea 3 supuestos:
-La adsorción se produce a nivel de monocapa.
-Los centros activos de adsorción son equivalentes y la superficie es uniforme.
-La capacidad de una molécula para adsorberse en un centro determinado es independiente a la ocupación de los centros activos.

   Mientras que la isoterma de Freundlich no asume los centros activos equivalentes, sino que el adsorbato selecciona la superficie porosa a la cual adherirse. Esto implica que la entropía de adsorción dependa del grado de recubrimiento.
Describiremos gráficamente el proceso por medio de las ecuaciones de ambas isotermas:
Isoterma de Langmuir
[pic 5]

Isoterma de Freundlich:
                                                 [pic 6]

Donde; Ce: Concentración en equilibrio
            N: número de moles adsorbidos por gramo de sólido.

             Nm: número de moles de adsorbato por gramo de sólido capaz de formar una monocapa.

             K: constante de equilibrio para la adsorción.

             n: constante

Para poder calcular el área específica A en una vez conocida el área ocupada por una molécula adsorbida sobre la superficie, utilizaremos la siguiente relación:[pic 7]

[pic 8]

Donde; N0: número de Avogadro.
            σ:  área ocupada por una molécula adsorbida.

   La adsorción es de suma importancia para nuestra sociedad, ya que en base a este tipo de procesos pueden llevarse a cabo un sin número de aplicaciones en la industria, como la recuperación de algún compuestos en solución o la purificación de soluciones. Por ejemplo, los filtros de agua, los que permiten retener impurezas dañinas para el organismo y volver potable el agua.

Objetivos:

• Determinar la isoterma de adsorción que mejor representa la adsorción de ácido acético sobre el carbón vegetal.
• Analizar los gráficos de isotermas de adsorción.
• Determinar el área superficial del carbón activado.

• Materiales y métodos

Materiales:

• 6 matraces Erlenmeyer de 250 ml
• 6 matraces Erlenmeyer de 100 ml
• 1 pipeta aforada de 10 ml
• 1 bureta de 50 ml
• 1 bureta de 25 ml
• 6 soportes universales
• 6 embudos
• 1 termómetro
• 6 vasos precipitados de 50 ml
• 2 probetas de 100 ml
• 6 papel filtro poro fino

Reactivos:

• Solución de ácido acético 0,5 M
• Solución de hidróxido de sodio 0,09 M
• Fenolftaleína
• Carbón vegetal activado

Procedimiento:

   A 6 matraces Erlenmeyer con carbón vegetal en su interior se les añade agua y ácido acético en diferentes cantidades utilizando probetas y pipeta aforada, con la finalidad de formar una solución de 100 ml con diferentes concentraciones (como se indica en la tabla).

Tabla 1: Molaridad de Acido Acético

   Luego, se agitaron los matraces durante 1 hora aproximadamente, y se procedió a filtrar las soluciones mediante 6 embudos con papel filtro (uno para cada solución).

El filtrado es recogido en vasos precipitados. En los vasos precipitados 1, 2 y 3 recogimos 15 ml de filtrado, mientras que en los vasos precipitados 4, 5 y 6 recogimos 20 ml.
  Con una pipeta aforada se extrajo una alícuota de 10 ml de cada vaso precipitado y se depositó en 6 diferentes matraces Erlenmeyer. Se añadieron 3 gotas de Fenolftaleína a cada matraz, el cual se usó como indicador para la titulación ácido-base.
 Se utilizaron dos buretas para realizar las titulaciones, las cuales fueron realizadas con NaOH 0,09M. Por goteo se añadió hidróxido de sodio, y cuando la solución tornó color rosa, se procedió a detener la salida del flujo de la bureta y se midió el volumen desplazado, el cual corresponde a la solución básica que neutraliza a la solución ácida.

Según las ecuaciones balanceadas, trabajamos en proporciones 1:1

                  [pic 9] (1)     [pic 10](2)

• Resultados y discusión

   Se registró las concentraciones de los reactivos que se utilizaron en el laboratorio.

Tabla 2 (Concentración molar de reactivos)

 Se indicó la masa de carbón vegetal activado que se utilizó en cada matraz, además del volumen de agua y ácido acético para cada uno.

   Se agitaron las mezclas por 1 hr., donde se intentó que los 6 matraces fueran agitados con la misma intensidad y con los mismos períodos de tiempo de pausa. Luego, se procedió a filtrar las mezclas por medio de un embudo con papel filtro. El filtrado cayó a un vaso precipitado, en donde, de dicho filtrado se obtuvo una alícuota de 10ml, la que fue titulada con NaOH.
Los volúmenes de NaOH que neutralizaron la alícuota de 10ml de cada matraz, queda descrito en la siguiente tabla:

Tabla 3: volumen de hidróxido de sodio que neutraliza la solución ácida.

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