Proteccin del agua y del suelo frente a la contaminacin

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Protección del agua y del suelo frente a la
contaminación

• Especial sensibilidad sustancias orgánicas
  (persistentes, tóxicas y bioacumulables)
• Programas de la U.E. Þ protección del suelo y
  aguas continentales y marinas
• Derivados halogenados, fosforados, fenólicos,
  anilínicos, hidrocarburos, tensoactivos y
  plaguicidas en general

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Sustancias que no deben alcanzar ciertos límites
por su posible acción cancerígena

• Hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs)
  fluorantenos y benzopirenos
• Plaguicidas Insecticidas, herbicidas, fungicidas
• Bifenilos policlorados (PCBs) y Terfenilos
  policlorados (PCTs)

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Contaminantes inorgánicos

• También hay que considerar la contaminación por
  determinadas especies inorgánicas
• Metales pesados (Hg, Pb, Cd, As)
• Fertilizantes (Nitratos y Fosfatos)

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Tipos de contaminación

• Contaminación directa concentrada en zonas
  concretas Þ Industria
• Contaminación difusa más extendida y peligrosa Þ
  Agricultura

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Necesidad de reaccionar tomando medidas

• Contaminación directa disminuyendo puntualmente
  la carga contaminante Þ adsorción, tratamientos
  biológicos, etc.
• Contaminación difusa Þ métodos más complicados Þ
  políticas de prevención

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Adsorción aspectos generales

• Fenómeno de transporte de materia que tiene lugar
  en la interfacie -por lo general- de un sólido
  (adsorbente)
• Las moléculas de una especie -gas o soluto en una
  disolución (adsorbato)- se fijan sobre la
  superficie del adsorbente ? fenómeno superficial
• Diversas fuerzas atractivas que se deben, en
  general, a a la asimetría de fuerzas que existen
  en la interfacie

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Adsorción y Absorción

• Adsorción
• Proceso en que un soluto se acumula en la
  interfacie sólida-líquida
• Absorción
• Introducción de un soluto dentro de un material
  sólido (a nivel molecular)

Sorción Adsorción Absorción
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Centro Reactivo (Activo) superficial

• Sitio de la superficie del adsorbente en el que
  la interacción físico/química es favorable

Recubrimiento de materia orgánica
Superficie Sólida
Centro (re)activo superficial
Reactive surface site
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Fase acuosa o gas
Naftaleno disuelto en la fase acuosa o
molécula de gas
Recubrimiento de materia orgánica
Superficie Sólida
Centro (re)activo superficial
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Naturaleza de las fuerzas de adsorción

• Fisisorción Atracción electrostática
• Partículas cargadas con signos opuestos
• Fisisorción Fuerzas de tipo van der Waals
• Dipolo permanente-Dipolo permanente
• Dipolo instantáneo-Dipolo inducido
• Enlace de hidrógeno
• Quimisorción fuerzas de tipo químico (fuerzas de
  enlace)
• covalente o coordinado

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Tipos de adsorción
Adsorción física o fisisorción
Adsorción química o quimisorción
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Otra forma de ver el fenómeno de la adsorción

• Las moléculas prefieren estar en el estado de
  energía más bajo
• Si una molécula puede adquirir un estado de
  energía más bajo adhiriéndose a una superficie
  sólida, lo hará.

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Energética del proceso de adsorción
Fuerza repulsiva
Chemisorption
Superficie
Fuerzas atractivas
DH(ads) lt DH(ads) Fisisorción
Quimisorción Mínimo pequeño
Mínimo grande Fuerzas de atracción
Formación de enlaces Van der Waals
químicos en la superficie
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Equilibrio adsorción-desorción

• En el equilibrio, el adsorbato se encontrará
• Disuelto en la fase acuosa
• Adsorbido en la fase sólida (adsorbente)
• La adsorción es reversible
• Al añadir más adsorbato a la fase acuosa ?
  aumenta la adsorción
• Al reducir la concentración del adsorbato en la
  fase acuosa ? desorción

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Equilibrio adsorción-desorción

• La concentración de reactivo adsorbido se
  relaciona con la concentración del reactivo en la
  fase disolución (adsorción en disolución) o con
  la presión del gas (adsorción de gases) .
• Para encontrar esta relación supongamos un sólido
  al cual se le suministra una cierta cantidad de
  gas (por ejemplo hidrógeno). Parte del gas se
  adsorberá en la superficie del sólido y parte
  quedará en la fase gas.

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Isoterma de adsorción

• Cuando la adsorción se ha completado y se alcanza
  el equilibrio, la relación entre la concentración
  de la especie adsorbida por gramo de adsorbente y
  la concentración del soluto con la que está en
  equilibrio, a temperatura constante, se denomina
  isoterma de adsorción.

g o cm3 de adsorbato por g de adsorbente
Concentración/Presión de equilibrio
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Tipos de superficie en sólidos

• Superficie externa Límite físico del sólido,
  tanto mayor cuanto mayor sea el grado de división
  del sólido
• Superficie interna sistema de poros del sólido
  (más importante, en general, que la superficie
  externa)
• Microporos (diámetro inferior a 2 nm)
• Mesoporos (diámetro entre 2 y 50 nm)
• Macroporos (diámetro superior a 50 nm)

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Detalles de las superficies externa e interna
(área específica, S, m2.g-1)
Sinterización Proceso de alta T por el cual las
partículas finas de un sólido pulverulento se
agregan entre sí, desarrollando un sistema de
poros
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Adsorción Características de la fisisorción

• Forma de adsorción reconocida que ocurre por
  fuerzas del tipo van der Waals, entre un átomo o
  una molécula y la superficie.
• No existe reajuste electrónico en el sistema y
  sólo las fuerzas de atracción electrostáticas o
  atracciones dipolares son puestas en juego.
• Este tipo de interacción, que ocurre sin
  modificación alguna de la molécula se llama
  adsorción física o fisisorción.

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Adsorción Características de la quimisorción

• Hay especificidad, sólo algunos sitios
  superficiales adsorben ciertas moléculas.
• Hay una interacción de los estados electrónicos
  del adsorbato (soluto/gas) y del adsorbente
  (sólido), lo que se traduce en la formación de un
  verdadero enlace químico.
• Como consecuencia de la reacción química
  superficial (ruptura y formación de enlace) se
  desprende una cantidad elevada de calor.

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Factores que afectan a la quimisorción

• Factor estérico la molécula de adsorbato y la
  superficie deben colocarse de forma adecuada para
  que la distancia y ángulos sean los adecuados al
  enlace
• Factor electrónico debe existir electrones
  desapareados en el adsorbente (enlace covalente)
  u orbitales vacíos para (enlace coordinado)

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Fisisorción vs. Quimisorción
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Métodos experimentales para obtener la isoterma
de adsorción. Adsorción en disolución
experimentos por lotes (batch)
Adsorbente (X g)
Células de adsorción
10-15 células conteniendo Y mL de disolución de
adsorbato de distintas C0
Agitación a 150 rpm, en baño terrmostático a
temperatura constante hasta equilibrio
Centrifugación
Fase sólida
Disolución
Medida de Ce
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Ajuste de las isotermas de adsorción a modelos
empíricos y teóricos

• Se estudiarán los tres modelos de mayor
  aplicación
• Modelo de Langmuir
• Modelo de Freundlich
• Modelo de Henry

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Modelo de Langmuir

• Supone que la superficie es homogénea y que las
  moléculas se adsorben hasta la saturación,
  formando una única monocapa completa

x
?
Una sola fracción de cubrimiento (?)

xm
Se cumple peor a concentraciones bajas ? posible
heterogeneidad de la superficie ? Al principio
las moléculas ocuparán los centros más activos
(mayores ?H)
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Modelo de Langmuir
La isoterma de Langmuir se puede deducir
termodinámicamente G S ? A
G moles de adsorbato en disolución S centros
superficiales libres (1-?) A moles de
adsorbato adsorbidos (?)

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Una representación de x vs. Ce
A p altas x xm
A p bajas ? KCe
(Ley de Henry)
Ce
Para obtener los parámetros K y xm Ce/x
(1/Kxm) (Ce/xm)
Pendiente de la recta 1/xm Ordenada en el
origen 1/Kxm
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Modelo de Freundlich

• Para tener en cuenta las heterogeneidades de la
  superficie, podemos clasificar los centros
  activos por su respectivo calor de adsorción (?H)
• n1 centros con ?H1, n2 con ?H2,ni con ?Hi
• Los ni centros con el mismo ?Hi deben cumplir la
  isoterma de Langmuir

?
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Modelo de Freundlich
Ki Ce
?i
1 Ki Ce
?
? S?iNi/SNi 1/N S ni
Ki c1 e-?Hi/RT
i1
Sustituyendo, pasando la sumatoria a integral e
integrando por desarrollo en serie para valores
bajos de ?
x kf.cn
Ecuación de Freundlich
x moles adsorbidos/gramos de adsorbente c
concentración de equilibrio (mol/l) kf y n
parámetros característicos que se pueden
determinar representando log x f(log c)
30
(No Transcript)
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Curva de ruptura ideal