Adsorbția acidului acetic pe cărbune activ
Determinarea izotermei de adsorbție — Laborator interactiv
Noțiuni teoretice
Dacă se pune în contact un gaz sau un lichid cu un solid cu care nu reacționează, se constată că o parte din gaz sau lichid este reținută la suprafața solidului. Acest fenomen se numește adsorbție. Gradul de reținere al substanței adsorbite de către adsorbant este caracterizat prin adsorbția specifică χ, definită ca raportul dintre cantitatea adsorbită nd (în moli) și masa adsorbantului m (în grame).
Adsorbția fizică pe cărbune activ
Un fenomen de suprafață reversibil, guvernat de forțele intermoleculare van der Waals.
Adsorbția specifică depinde de natura adsorbantului și a substanței adsorbite, de temperatură, de natura fazei fluide în care se găsește substanța care se adsoarbe (gaz sau lichid) și de compoziția acestei faze.
La adsorbția dintr-o fază lichidă binară, χ va depinde atât de natura solventului, cât și de concentrația c a substanței de adsorbit aflată, la echilibru, în soluție. Concentrația c se exprimă în mol/L. Dependența χ(c), la o temperatură dată, se numește izotermă de adsorbție.
n_d = numărul de moli adsorbiți; m = masa adsorbantului (g). Reprezintă cantitatea de substanță reținută per gram de cărbune activ.
Se studiază adsorbția acidului acetic din soluție apoasă pe cărbune activ pulverulent. k și n sunt constante caracteristice perechii adsorbant–adsorbat, la temperatură constantă; nu depind de concentrația c.
Forma logaritmică — confirmarea modelului
Prin logaritmare, ecuația Freundlich devine liniară. Reprezentând ln χ în funcție de ln c se obține o dreaptă cu panta 1/n și ordonata la origine ln k.
Izoterma de adsorbție se poate reprezenta astfel în coordonate χ–c (curbă de saturație) sau în coordonate ln χ – ln c (dreaptă). A doua reprezentare permite confirmarea modelului Freundlich și determinarea constantelor de adsorbție: ln k este ordonata la origine, iar n = 1 / tg α, unde α este unghiul format de dreaptă cu axa Ox.
Factori care influențează capacitatea de adsorbție
Capacitatea de adsorbție a unui adsorbant este influențată negativ de creșterea temperaturii, dar crește cu:
- masa moleculară a substanței reținute;
- scăderea pH-ului mediului în care se desfășoară adsorbția;
- micșorarea granulației adsorbantului;
- perioada de contact între adsorbant și adsorbat — condițiile statice favorizează procesul.
În funcție de afinitatea față de substanțele ce trebuie reținute și de costul acestora se pot utiliza materiale adsorbante diverse: cărbune activ, silicagel etc. Se recomandă utilizarea unor materiale cu granulație cât mai mică, având astfel o suprafață de contact cât mai mare.
Cărbunele activ — obținere și caracteristici
Cel mai bun material adsorbant este cărbunele activ, care se obține prin încălzirea la temperaturi ridicate, în spații închise, a unor materiale din categoria resturilor vegetale (coji de nucă, sâmburi de fructe), urmată de un proces de activare prin tratare cu vapori de apă, oxizi de carbon, clor sau aer.
Cărbunele activ se prezintă sub formă granulară (diametru 1–6 mm) sau sub formă de pulbere (diametru 0,1–0,5 mm).
Aplicații în sănătate
Cărbunele activ contribuie la:
- menținerea unui pH normal la nivelul stomacului;
- funcționarea normală a intestinelor și procesele de excreție a toxinelor și deșeurilor.
Este aplicat în medicină pentru tratarea afecțiunilor:
- balonare, aerofagie, sindromul colonului iritabil;
- diaree, colită, colită ulcerativă, rectocolită ulcero-hemoragică;
- toxiinfecții alimentare (ciuperci etc.);
- intoxicații cu alcool, medicamente.
Aplicații în protecția mediului
În domeniul protecției mediului, cărbunele activ poate fi utilizat pentru adsorbția compușilor organici volatili (COV) de tip NOx, furani, dioxine, SO2, sau în domeniul epurării apei pentru reținerea compușilor organici: fenol, p-nitrofenol etc. În prezent se utilizează filtre pe bază de cărbune activ.
Regenerare: după utilizare, cărbunele activ poate fi regenerat prin metode termice — încălzire la 925 °C într-o atmosferă formată din 66% aer și 34% vapori de apă. După aproximativ 10 regenerări, capacitatea de adsorbție scade la circa 50%.
Interpretarea constantelor Freundlich
1/n < 1 ⇒ favorabilă
Cele mai multe procese de fizisorbție se încadrează aici; suprafața se saturează progresiv.
1 < n < 10
Adsorbția este considerată favorabilă pe cărbune activ.
k
Factor de capacitate — un k mai mare înseamnă mai mult adsorbat pe gram de cărbune la c unitar.