Influencia de la textura y la química superficial en la adsorción
Rafael García Lovera
Departamento de Físico-Química, Facultad de Ciencias Químicas
Universidad de Concepción, Chile (rgarcia@udec.cl)
La adsorción se entiende como la concentración de especies en una interface. Sin embargo, considerando las aplicaciones prácticas de este fenómeno, es preferible definir la adsorción como la fijación o retención de especies desde fases gaseosas o líquidas sobre la superficie de un sólido. Siendo la adsorción un fenómeno que se produce a causa de la existencia de instauración de enlaces en la superficie del sólido, queda establecido inmediatamente que la adsorción es una función de las características físicas y químicas de la superficie del sólido. En primera instancia para aumentar la capacidad de adsorción de un sólido, se debe aumentar la superficie específica del material. Esto se logra desarrollando una estructura porosa al interior del sólido, que permite obtener materiales con valores de superficie específica que generalmente oscilan entre los 200 a 300 m2/g hasta valores de 2000 m2/g o incluso mayores. La clasificación de IUPAC reconoce Microporos, poros con diámetros medios inferiores a 2 [nm]; Mesoporos, con diámetros medios comprendidos entre 2 a 50 [nm] y Macroporos, con diámetros medios superiores a 50 [nm].
Si bien el valor de la superficie específica de un material condiciona, en principio, la capacidad de adsorción, la porosidad y distribución de tamaño de poros, limita el acceso de las moléculas hacia la superficie interna o centros activos. Así, materiales de altos valores de superficie específica, consecuencia de una gran microporosidad, puede que no sean muy útiles en ciertos procesos de adsorción, donde no exista correspondencia entre el tamaño de la especie a adsorber y el diámetro medio de los microporos.
Por lo general los adsorbentes no presentan superficies químicamente homogéneas, y dependiendo del tipo de material, se presenta una gran variedad de grupos funcionales o centros activos. Se destaca la existencia de grupos hidroxilos y/o silanoles, sitios ácidos, en las alúminas, sílices y materiales similares. Y una gran variedad de grupos funcionales orgánicos en la superficie de los carbones activados, donde se destacan los grupos carboxílicos (ácidos, lactónicos y anhídridos), fenólicos, quínónicos, pironas, etc.
La naturaleza y concentración de estos grupos funcionales, además de la textrura, condiciona el proceso de adsorción. Dependiendo del proceso, material y especies a adsorber, estos grupos pueden favorecer o desfavorecer la adsorción. En carbones activados, la presencia de los grupos funcionales superficiales desfavorece la adsorción de cloro en los procesos de purificación de gaseosas y cerveza. También estos grupos funcionales no permiten la óptima utilización de la superficie del material en la adsorción de metano, en el proceso de almacenamiento de gas natural. Sin embargo, en los procesos de adsorción de especies más polares, la presencia de los grupos funcionales favorece la adsorción. Es así, como se ha reportado que los grupos funcionales tipo fenólicos favorece la adsorción de pentaclorofenol en carbones activados, a causa de la interacción entre el grupo hidroxilo superficial y el carbono carbonílico de los clorofenoles.
