Caracterización del proceso de adsorción de 3-cloro fenol desde solución acuosa sobre carbon activado por calorimetria de inmersión

Abstract

Recebido em 11/8/08; aceito em 16/3/09; publicado na web em 10/8/09 CHARACTERIZATION OF 3-CHLOROPHENOL ADSORPTION PROCESS FROM AQUEOUS SOLUTION ON ACTIVATED CARBON BY IMMERSION CALORIMETRY. The immersion enthalpy of activated carbon in 3-chlorophenol solutions, of 100 mg L-1 , is determined at different pH values between 3 and 11 with results between 37.6 and 21.2 J g-1. The 3-chlorophenol adsorbed quantities on the activated carbon during the calorimetric experience, are between 1.13 and 2.19 mg g-1 , for different pH values of the solution. The 3-chlorophenol adsorbed quantity and the immersion enthalpy decrease by increasing of the pH solution, while increasing the adsorbed quantity increases the immersion enthalpy value. INTRODUCCION La adsorción de fenoles sobre carbones activados depende tanto de las características físicas del sólido como área superficial y porosi-dad como de la superficie química. 1 Los estudios acerca del proceso de adsorción sobre carbón activado de fenol y sus compuestos derivados presentes en soluciones acuosas se han realizado desde hace tiempo y se continúan actualmente 2,3 mostrando que dicho proceso presenta algunas complejidades y dependencias con las características de la solución, como pH, fuerza iónica, grado de dilución entre otras, que a su vez influyen en el mecanismo de adsorción de los compuestos fenólicos. 4 La calorimetría de inmersión se usa para conocer, dependiendo de las condiciones termodinámicas del sistema, el calor que se produce cuando se ponen en contacto un sólido y un líquido y por tanto la entalpía de inmersión, del proceso de contacto, que se establece para una cantidad específica del sólido que se estudia. 5 La intensidad de la interacción entre la solución y el carbón activado se puede determinar por medio de la entalpía de inmersión del sólido en soluciones que contengan sustancias activas con la superficie y que permiten relacionar las propiedades fisicoquímicas del carbón activado con la capacidad de adsorción de los compues-tos que están en solución. 6-9 La adsorción en fase líquida es un proceso más complicado que la adsorción en fase gaseosa o vapor. 10 Las principales diferencias entre la adsorción en fase acuosa y en fase gaseosa son las siguien-tes. 11 Primero, la adsorción en fase acuosa es esencialmente un proceso de intercambio, y muchas moléculas se adsorben no sólo porque son atraídas por el sólido, sino también porque la solución puede rechazarlas; un ejemplo de esto es la adsorción de moléculas hidrófobas por adsorbentes hidrófobos en solución acuosa. En este caso la adsorción se debe, fundamentalmente, al rechazo del agua hacia las moléculas hidrófobas y no la atracción de éstas por la superficie del sólido. Segundo, las isotermas en solución pueden presentar no-idealidad no solo debido a las interacciones laterales entre moléculas adsorbidas, si no también, debido a no-idealidad en solución. Tercero, la adsorción en multicapa es menos corriente en fase acuosa que en fase gaseosa, debido a las mayores fuerzas de interacción apantallantes en fluidos condensados. Cada uno de los aspectos que se mencionan anteriormente, están presente cuando se realiza la medida calorimétrica y por tanto contribuyen en la magnitud total de calor que se determina cuando se ponen en contacto el sólido y la solución; las interacciones que se producen entre éstos son: interacción entre el agua, y los grupos oxigenados de la superficie del carbón activado, el llenado de los poros y la adsorción en la superficie 12 y por otro lado la adsorción y las interacciones con el soluto que por disociarse en solución dependerán de las condiciones de la misma. 13 En este trabajo se estudia la intensidad de la adsorción de 3-cloro fenol desde soluciones acuosas sobre un carbón activado preparado a partir de cuesco de palma africana, por medio de la determinación de isotermas de adsorción y de entalpías de inmersión a diferentes valores de pH, que se varían entre 3 y 11. Se determinan las cantidades adsorbidas de 3-cloro fenol sobre el carbón activado durante la expe-riencia calorimétrica, y se establecen relaciones entre las cantidades adsorbidas y los valores entálpicos de la interacción sólido-líquido. PARTE EXPERIMENTAL Caracterización del carbón activado El carbón activado que se emplea en este trabajo se obtiene por activación física de cuesco de palma africana. Inicialmente se lleva a cabo una carbonización del material particulado a 723 K en atmósfera de N 2 y posteriormente se realiza la activación con CO 2 a 1073 K durante 2 h. Una vez obtenido el carbón activado se carac-teriza mediante la isoterma de adsorción de N 2 a 77 K en un equipo convencional volumétrico, Autosorb 3B, Quantachrome. Los contenidos de grupos ácidos y básicos totales se determinan por el método de titulación de Boehm, 14,15 para lo cual se equilibran muestras de carbón activado en soluciones ácida y básica y poste-riormente se titula con una solución estándar de hidróxido de sodio o ácido clorhídrico según sea el caso, midiendo durante la titulación el pH de la solución con un pH meter CG 840B Schott. El pH en el punto de carga cero, indica la carga total del sólido, y se determina por el método de titulación de masas, 6 para su determina