Área Superficial BET

Área Superficial BET

Montenegro Juan1

Facultad de Ingeniería Química, Escuela Politécnica Nacional, Ecuador

Resumen y abstract

En el presente trabajo se detalla el estudio y determinación del área especifica de un material poroso empleando el método BET. El área superficial de un material permite tener una idea de la velocidad de interacción entre un sólido con un gas o líquido, este parámetro es de suma importancia para el estudio y caracterización de catalizadores. El método BET plantea la adición de capas superpuestas a la monocapa planteada por Langmuir, donde en la mayoría de los casos las capas adicionales empiezan a formarse antes que la primera capa sea completada. Los materiales estudiados fueron carbón activado y zeolita ZSM-5, las mismas que fueron sometidas a un ensayo BET, mediante la utilización del equipo Nova 4200e. De los resultados obtenidos gracias al equipo se determino que el área superficial BET para el carbón activado corresponde a 1324.10 m2/g, mientras que para la zeolita corresponde a un valor de 377.55 m2/g.

The present work details the study and determination of the specific area of a porous material using the BET method. The surface area of a material allows you to get an idea of the speed of interaction between a solid with a gas or liquid, this parameter is important for the study and characterization of catalysts. The BET method raises the adding layers to the monolayer raised by Langmuir, where in most cases the additional layers begin to form before the first layer is completed. The materials studied were activated carbon and zeolite ZSM-5, which were subjected to an essay BET, using the instrument Nova 4200e. The results obtained thanks to the team determined that the BET surface area for the activated carbon corresponds to 1324.10 m2/g, while for the zeolite corresponds to a value of 377.55 m2/g.

INTRODUCcion

La adsorción es la atracción entre moléculas de la superficie de un sólido (adsorbente) y las moléculas de un fluido (adsorbato), dando como resultado la acumulación de la sustancia en una determinada superficie. Este proceso de adsorción puede ocurrir en diversos tipos de interfase, liquido-gas, solido-gas y liquido-solido (Gregg, 1995).

Los procesos de adsorción pueden ser físicos o químicos; para una adsorción física se tiene que las moléculas del adsorbato están unidas a la superficie del adsorbente mediante fuerzas de Van der Waals; en contraste con la adsorción química donde las moléculas del adsorbato se adhieren a la superficie del adsorbente mediante enlaces químicos fuertes (Curia, 2010).

Desde el punto de vista comercial, los productos adsorbentes con un mayor índice de uso son carbón activado, zeolitas, silica gel y alúmina activada. El carbón activado es el adsorbente más empleado a nivel industrial, entre los principales usos se encuentran la remoción de olores, colores y sabores causados por contaminación, siendo empleado en el tratamiento de efluentes residuales (Alonso, 1996).

Zeolitas naturales han sido empleadas para procesos de intercambio iónico, específicamente en la eliminación de iones amonio en aguas residuales y potables, iones cesio y estroncio en desechos radioactivos, además de metales pesados en aguas residuales (Alonso, 1996).

Isotermas de adsorción

Una isoterma de adsorción representa la relación dependiente a una temperatura constante de la cantidad de adsorbato que ha sido adsorbido por peso de adsorbente respecto a la concentración de adsorbato en equilibrio (Albella, 1993).

Los tipos de isotermas de adsorción sirven como punto de partida para la identificación de mecanismos de relleno de la adsorción y del poro, con ello se deciden procedimientos experimentales para obtener información útil. En la figura 1 se muestran los diversos tipos de isotermas más característicos (Albella, 1993).

Figura 1. Clasificación de isotermas de adsorción según la IUPAC

(Timmerman, 2003)

Esta isoterma es representativa de solidos microporosos, en la cual se observa una rápida elevación inicial (bajas presiones) y una larga continuidad horizontal hacia el centro de la isoterma.

Isoterma característica de un sólido macroporoso o no poroso, donde la pendiente ascendente representa una adsorción en monocapa-multicapa sobre la superficie del sólido.

Isoterma característica de solidos no porosos, presentando una interacción entre adsorbato-adsorbente débil.

Isoterma característica de solidos mesoporosos donde se observa un ciclo de histéresis.

Representa interacciones adsorbato-adsorbente débiles, en presencia de un sólido mesoporoso

La adsorción por escalones se observa en presencia de solidos con superficies no porosa altamente uniforme.

Área superficial (método BET)

El área superficial de un material determina, por ejemplo, cuan rápido se disuelve un polvo en un solvente o cuan satisfactoriamente un catalizador promueve una reacción química, en un aspecto general expresa la velocidad de interacción entre un sólido con un gas o líquido (Colpas. 2017)

El método BET, desarrollado por S.Brunauer, P.Emmett y E. Teller en 1938, extiende la teoría planteada por Langmuir donde se plantea la adición de capas adicionales a la primera capa que se forma en la superficie del adsorbente, donde en la mayoría de los casos las capas adicionales empiezan a formarse antes que la primera capa sea completada (Giraldo, 2007).

Figura 2 Representación de la formación de las capas adsorbidas según la teoría de BET

(Giraldo, 2017)

Las isotermas BET son obtenidas mediante mediciones de volumen tanto para el proceso de adsorción como desorción, empleando nitrógeno a 77K, obteniendo se curvas de “Vads” (volumen adsorbido) vs P/Po (presión parcial). Con el uso de estas isotermas se obtiene de forma directa el volumen adsorbido con lo que se logra calcula el área superficial del sólido, tamaño de poro y su distribución. De las isotermas BET se logra obtener la siguiente expresión, conocida como la ecuación BET [1] (Chungata, 2017).

1/(V_Ads (P_0/P-1) )=1/(V_m C)+(C-1)/(V_m C)∙P/P_0 [1]

Con el uso de la teoría y la ecuación BET

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