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Operaciones Unitarias II “Cinética y termodinámica de la adsorción de β- caroteno en adsorbente a base de sílica” Alumna: Sara Melissa Villegas Castro Jueves 15 de octubre de 2015
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Operaciones Unitarias II
“Cinética y termodinámica de la adsorción de β-caroteno en adsorbente a base de sílica”
Alumna: Sara Melissa Villegas Castro
Jueves 15 de octubre de 2015
Información del artículo
Nombre del artículo: “Cinética y termodinámica de la adsorción de β-caroteno en adsorbente a base de sílica”Autores: A.L. Ahmad∗, C.Y. Chan, S.R. Abd Shukor, M.D. MashitahProcedencia de los autores: MalasiaInsititución: Escuela de Ingeniería Química, Campus de Ingeniería, Universidad Sains Malasia, Palau Pinang, Malasia.Nombre de la revista: Chemical Engineering JournalVolumen: 148Año: 2009Páginas: 378-384
Índice1. Introducción2. Materiales y métodos3. Resultados y discusiones4. Conclusiones
1. Introducción
El aceite crudo de palma es la fuente natural más rica del mundo de caroteno en términos de retinol.
La mayor parte de carotenos en el aceite de palma son el α- y β- carotenos, siendo éstos el 90 % de los carotenos totales.
El color del aceite es un parámetro de calidad en los aceites comestibles, ya que los consumidores creen que un aceite de color más claro es mejor para cocinar.
El proceso de refinación se lleva a cabo por adsorción de los pigmentos del aceite en un adsorbente
Uno de los componentes de color más importantes que es removido en el proceso de refinación es el β- caroteno
El presente estudio se basó en la adsorción del β- caroteno en silica gel y florisil de una solución de n-hexano
Se determinó la factibilidad de aplicar modelos de isotermas comunes para representar la adsorción del proceso.
Se calcularon los datos termodinámicos de adsorción para entender mejor el proceso de adsorción.
2. Materiales y métodos
2.1 Materiales:
El β –Caroteno usado en los experimentos de adsorción fue adquirido de Sigma–Aldrich (M) Pte. Ltd.
La estructura química del β- caroteno se muestra en la Figura 1
La información de identificación del β- caroteno está dada en la Tabla 1
Los adsorbentes silica gel y florisil fueron usados en este estudio, sus propiedades respectivas se listan en la Tabla 2
FlorisilSílica gel
Figura 1. Estructura molecular del β- caroteno
Tabla 1. Propiedades del β- caroteno usado en este estudio
Tabla 2. Propiedades de los adsorbentes
2.2 Métodos
El estudio de la adsorción del β- caroteno en silica gel y florisil se realizó en experimentos por lotes.
Se prepararon soluciones de β- caroteno con concentraciones iniciales de 50–300 mg/l con n-hexano de grado analítico.
Se colocó una cantidad fija de cada adsorbente seco (0.2 g silica gel y 0.1 g florisil, respectivamente) y 100 ml de solución de β- caroteno en un matraz Erlenmeyer tapado (250 ml).
Los matraces se agitaron en un agitador isotermico a 150 rpm, 30 ◦C por 45 h para alcanzar el equilibrio.
Las muestras se pipetearon del matraz a intervalos apropiados de tiempo.
La absorbancia del β- caroteno fue medido dos veces para cada muestra usando un espectrofotómetro (Modelo Genesys 20; Thermo Spectronic Co., USA) a 446 nm de longitud de onda.
El efecto de la temperatura en el proceso de adsorción se estudió para 30, 40 y 50 ◦C.
La cantidad de adsorción (qt) al tiempo t, (mg/g) fue calculada del balance de masa siguiente:
Donde: C0 = concentracion inicial de la fase líquida (mg/l) Ct = concentración de la fase líquida en tiempo t (mg/l)V =volumen de la solución (l)W = masa de adsorbente seco (g).
3. Resultados y discusiones
3.1. Capacidades de adsorción
En la Figura 2 (a) y (b) se muestra la capacidad de adsorción contra el tiempo de adsorción a diversas concentraciones iniciales de β–caroteno en silica gel y florisil, respectivamente.
El incremento en la capacidad de adsorción indica el incremento de la cantidad de β-caroteno adsorbido como función del tiempo hasta que el proceso de adsorción llega a la saturación, implicando que se ha alcanzado el equilibrio.
Las figuras muestran que la adsorción inicial fue rapida, seguida de una adsorción más lenta mientras que los sitios de adsorción disponibles decrecen gradualmente.
Se encontró que los valores del tiempo del equilibrio fueron cerca de 10 h para el silica gel y 32 h para el florisil.
La cantidad de β–caroteno adsorbido en el tiempo de equilibrio refleja la capacidad máxima de adsorción bajo esas condiciones de operación.
En la Figura 2 se observa como aumenta la capacidad de adsorción del β–caroteno y del florisil al aumentar la concentración inicial de 50 a 300 mg/l
En la Figura 3 se muestra el porcentaje de remoción de β–caroteno por silica gel y florisil como una función de la concentración inicial.
La cantidad de adsorbato aumenta, pero la de adsorbente se mantiene igual.
Figura 2. Capacidades de adsorción del β- caroteno (a) en silica gel y (b) en florisil contra adsorción a diversas concentraciones iniciales a 30 ◦C.
Figura 3. Porcentaje de remoción del –carotene por adsorción en (a) silica gel y (b) florisil contra el tiempo de adsorción a diferentes concentraciones iniciales a 30 ◦C.
3.2 Efecto de la temperatura
La figura 4 muestra el efecto de la temperature en el equilibrio de adsorción del de β–caroteno en silica gel y florisil.
Se observa que el equilibrio de adsorción incrementa al aumentar la temperatura para concentraciones iniciales de 100–300 mg/l, lo cual indica la naturaleza endotérmica del proceso.
LA adsorción física se considera importante normalmente para temperaturas debajo de los 100 ◦C y la quimisorción para temperaturas arriba de los 100 ◦C
Aunque la temperature aumenta el equilibrio de adsorción, ésta no debe elevarse sin limitaciones porque el β–caroteno se destruye a altas temperaturas.
Figura 4. Efecto de la temperatura en el equilibrio de adsorción del β- caroteno en silica gel y florisil a diferentes concenctraciones iniciales.
3.3 Isoterma de adsorción
Es importante encontrar la correlación más apropiada para los datos de equilibrio en los sistemas de adsorción
Los datos de equilibrio para este estudio se analizaron con los siquientes modelos de isotermas:
Langmuir
Freundlich
Donde:Ce= concentración de equilibrio del adsorbate (mg/l)qe= cantidad de adsorbato adsorbido en el equilibrio (mg/g)b= capacidad de monocapa del adsorbente (mg/g) KL=Constante de equilibrio de adsorción de Langmuir (l/mg)
Donde:Ce= concentración de equilibrio del adsorbate (mg/l)qe= cantidad de adsorbato adsorbido en el equilibrio (mg/g)KF y n= constantes de isoterma de Freundlich1/n= medida de la intensidad de adsorción
Figura 5. (a) Isoterma de adsorción de Langmuir y (b)Isoterma de adsorción de Freundlich para β- caroteno en silica gel a 303, 313 y 323 K.
Tabla 3. Constantes de los modelos de isotermas de Langmuir y coeficientes de correlaciones para la adsorción del β- caroteno en silica gel y florisil.
La isoterma de Langmuir muestra un mejor ajuste que la de Freundlich como se refleja en el coeficiente de correlación R2 de 0.938 y 0.980 para silica gely florisil, respectivamente.
La capcidad de adsorción de monocapa β- caroteno en silica gel (25.316 mg/g) fue más pequeña que la adsorción en florisil (86.207 mg/g). De cualquier forma, dichas capacidades de adsorción fueron más elevadas que algunas reportadas en otros textos.
3.4 Termodinámica de la adsorción
Los datos obtenidos para las isotermas de adsorción pueden ser usados para determinar parámetros termodinámicos como la Energía libre de Gibbs (G), Entalpía(H) y Entropía (S).
La Energía libre de Gibbs se calculó usando la siguiente ecuación:
DondeR= 8.314 J/mol KT= temperatura (K)b= capacidad de monocapa del adsorbente (mg/g)
Los valores de H y S fueron calculados usando la siguiente ecuación.
Los resultados de estos cálculos se enlistan en la Tabla 5.
La energía libre indica la espontaneidad del process.
El valor negativo de la Energía libre de Gibbs para el β- carotenoen sílica gel y florisil indica la viabilidad del proceso y la naturaleza espontánea de la adsorción.
El grado de espontaneidad del proceso aumenta también con el aumento de la temperatura.
El valor positivo de H muestra que el proceso de adsorción es endotérmico.
Figura 6. Gráfica de ln b contra 1/T para la adsorción del β- caroteno en silica gel y florisil.
Tabla 4. Parámetros termodinámicos para la adsorción del β- caroteno en silica gel y florisil a varias temperaturas.
4. Conclusiones
Las capacidades de adsorción incrementan con el aumento del tiempo de contacto y la concentración inicial.
El aumento de temperatura también incremetna la capacidad de adsorción.
La adsorción del β- caroteno en solucion de hexano en florisil fue más alto que la capacidad de adsorción del β- caroteno en silica gel.
Los datos de equilibrio fueron bien representados por la isoterma de Langmuir, con una capacidad de adsorción de monocapa de 25.31 y 86.207 mg/g para silica gel y florisil, respectivamente. Esto mostró que el florisil es un buen adsorbente para remover el β- caroteno.
EL proceso fue endotérmico y espontáneo bajo las condiciones estudiadas.
Gracias por su atención
