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ISOTERMA DE KHAN

Presentado Por: ALEXANDER GENEZ MANJARRES

Profesor: JOSE COLINA MARQUEZ

UNIVERSIDAD DE CARTAGENA FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA QUIMICA CARTAGEN DE INDIAS D. T. Y C. 2016 ISOTERMA DE KHAN

INTRODUCCION En el proceso de purificación de aguas residuales, los sistemas de adsorción son los más utilizados. La adsorción de compuestos fenólicos en carbón activado ha sido objeto de investigación para las tres últimas décadas. Una isoterma de adsorción es una curva inestimable describiendo el fenómeno que rige la retención (o liberación) o la movilidad de una sustancia desde los medios porosos acuosos o ambientes acuáticos a una fase sólida a una temperatura y pH constante. El equilibrio de adsorción (la relación entre cantidad adsorbida con el resto en la solución) se establece cuando se ha puesto en contacto una fase que contiene adsorbato con el adsorbente durante un tiempo suficiente, con su concentración de adsorbato en la solución está en un equilibrio dinámico con la concentración de la interfase. Singer y Yen (1980) estudiaron la adsorción de fenol y alquilfenoles en carbón activado para sistemas monocomponentes y de componentes múltiples. El comportamiento de adsorción de sistemas monocomponentes fue encontrado para confirmar la isoterma adsorción de Langmuir. Para los sistemas binarios, el modelo Langmuir no caracterizó adecuadamente la adsorción de alquilfenoles sobre carbón activado. La teoría de la solución ideal de adsorción (IAS) fue utilizada con éxito para caracterizar la adsorción entre los alquilfenoles en sistemas de dos y de tres componentes. Sheindrof et al. (1982) han derivado una isoterma para sistemas de múltiples componente basada en un sistema de tipo Freundlich, donde los coeficientes podrían evaluarse a partir de la isoterma de un solo componente. Este modelo fue aplicado exitosamente a los datos de adsorción de p-bromofenol y p-nitrofenol en una solución acuosa. Ellos también aplicaron el modelo a un soluto ternario (fenol, p-bromofenol y bencenosulfonato) en una solución acuosa. Este modelo mostró un mejor ajuste para los datos experimentales que la isoterma de Langmuir. Gilbert (1993) ha propuesto una solución algebraica lineal para la adsorción multicomponente en medios porosos en los que las selectividades y capacidades podrían ser evaluadas directamente desde la concentración de la fase líquida experimental y capacidades de los componentes puros. Este método es no predictivo y no puede utilizarse para la interpolación o la extrapolación a concentraciones o temperaturas para los cuales no existes datos experimentales. Cuando se dispone de datos experimentales, de manera que, la solución exacta propuesta es una mejora de los métodos numéricos existentes. Khan et al. (1996) recogió datos experimentales para sistemas bisoluto de la literatura y se analizaron para varios modelos propuestos. Los datos fueron analizados utilizando Langmuir, Freundlich y modelos empíricos para sistemas de múltiples componentes. Se informó que ninguno de los modelos sugeridos pudo representar la totalidad datos. Cada correlación tiene validez restringida para las condiciones experimentales específicas para las que fueron propuestas. Se desarrolló una ecuación generalizada que podría aproximarse a la isoterma de Langmuir y a la isoterma de Freundlich para estos dos casos extremos; esta podría representar la amplia gama de datos experimentales para sistemas de múltiples componentes para solutos orgánicos en solución

acuosa adsorbida sobre carbón activado. Los porcentajes promedio de error entre los valores experimentales y valores predichos de adsorción estaban dentro de los límites aceptables. DESCRIPCION MATEMATICA Con los años, una amplia variedad de modelos de isoterma de equilibrio (Langmuir, Freundlich, Brunauer-Emmett-Teller, Redlich- Peterson, Dubinin-Radushkevich, Temkin, Toth, Koble-Corrigan, Sips, Khan, Hill, Flory-Huggins y la isoterma de Radke-Prausnitz), han sido formulados en términos de tres enfoques fundamentales. La consideración cinética es el primer enfoque a ser referido. Por lo tanto, se define el equilibrio de adsorción como un estado de equilibrio dinámico, con tasas de adsorción y desorción iguales. Considerando que la termodinámica, que es la base del segundo enfoque, puede proporcionar un marco para derivar numerosas formas de los modelos de isotermas adsorción, y la teoría potencial, como el tercer enfoque, por lo general transmite la idea principal en la generación de la curva característica. Sin embargo, una tendencia interesante en el modelado de la isoterma es la derivación en más de un enfoque, dirigiendo así a la diferencia en la interpretación física de los parámetros del modelo. La química implicada en la adsorción puede ser compleja y ninguna teoría de adsorción podría presentar adecuadamente todos los datos satisfactoriamente. Aunque los supuestos sobre los que se basaron se encontraron años después que no son totalmente validas, algunas de las teorías más antiguas de la adsorción son todavía las más útiles debido a su sencillez. Muchos modelos han sido publicados en la literatura para describir la relación de equilibrio entre soluto y carbón activado tanto en sistemas de soluto monocomponentes como en sistemas de soluto de múltiples componentes. Para un sistema de un solo soluto, las isotermas de Langmuir y Freundlich han sido las más comunes, además de la BET (Brunauer, Emmett y Teller, 1938) modelo de múltiples capas. Uno de los modelos más ampliamente utilizados en sistemas de múltiples componentes fue el modelo de Langmuir que ha permitido el cálculo de

q i ei , la cantidad de especies adsorbidas i por

unidad de peso adsorbente en presencia de otras especies adsorbentes, por:

q i ei=

q 0i b i C i n

1+ ∑ bk Ck k=1

Donde

Ci , es la concentración de equilibrio de las especies i y

Ck

es la concentración de

equilibrio de todas las demás especies absorbiendo en la solución, mientras que

bk

0

qi

y

bi

y

son constantes.

Es particularmente útil para sistemas de múltiples componentes compuestos por solutos que individualmente siguen las isotermas de Langmuir y dan estimaciones razonables cuando los

valores de un único soluto

q

0

se evalúan cercanamente. Los valores

q

0

desiguales indicaron

que los solutos ocuparon diferentes cantidades de superficie de lugares no vacíos. Los supuestos considerados en la formulación del modelo en este caso han sido dependiendo del área vacante en lugar del número de los lugares vacantes que ha regido el proceso de consumo. Esta ecuación fue probada por Singer y Yen (1980) para el sistema binario. Los datos del modelo competitivo de Langmuir para Fenol/2-metilfenol en solución acuosa; El ajuste no era aceptable para el fenol/2,6dimetilfenol en solución acuosa. Esta falta de conformidad podría ser atribuida al hecho de que el modelo de Langmuir no tiene una base de termodinámica de sonido (Coulson y Richardson, 1991), y dos supuestos simplificados inherentes a su desarrollo, que no fueron válidos para el carbón activado. Una isoterma multicomponente de tipo Freundlich para sistemas líquidos también ha sido introducido por Sheindrof como:

q i ei=k i Ci

(

n

∑ ay C j j=1

ni −1

)

k i podría determinarse a partir del dato de adsorción del componente único.

Donde

Se encontró que la isoterma propuesta describe bien la adsorción de p-bromofenol/p-nitrofenol en solución acuosa sobre carbón activado (Sheindrof Et al., 1982), pero no era apropiado para el sistema de componentes ternarios. Un modelo generalizado sugerido por Khan et al. (1996) para sistemas de componentes múltiples se desarrolló basado en la isoterma de Langmuir y Freundlich, los modelos más comúnmente reportados en la literatura. La concentración en equilibrio del adsorbente i en una mezcla de n componentes podría representarse como: n

(

q i ei=q b i C i b0 + ∑ b j C j 0 i

Donde

Ci

j=1

ni

)

es la concentración de equilibrio del soluto (mol/m3),

adsorbido (mol/kg) y

qi

es la cantidad de soluto

b0 , b1 … son constantes.

La expresión del modelo de isoterma de adsorción propuesto por Khan es el siguiente:

Qe =

Qm b K C e aK

( 1+ b K Ce )

Dónde;

Qe

es la concentración en fase sólida de equilibrio (mg/g) y

en fase líquida de equilibrio (mg/L). El parámetro adsorción.

Qm

C e es la concentración

es relevante con la capacidad de

b K es la constante del modelo de Khan y a K es el exponente del modelo de Khan.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 

A.R. Khan, I.R. Al Waheab, A.A. Al-Haddad, Generalized equation for adsorption isotherms for multicomponent organic pollutants in dilute aqueous solution, Environ. Technol. (1996) 13–23.

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A.R. Khan, R. Ataullah, A. Al-Haddad, Equilibrium adsorption studies of some aromatic pollutants from dilute aqueous solutions on activated carbon at different temperatures, J. Colloid Interface Sci. 194 (1997) 154–165.

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G. Limousin, J.P. Gaudet, L. Charlet, S. Szenknect, V. Barthes, M. Krimissa, Sorption isotherms: a review on physical bases, modeling and measurement, Appl. Geochem. 22 (2007) 249–275. [33]

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S.J. Allen, G. Mckay, J.F. Porter, Adsorption isotherm models for basic dye adsorption by peat in single and binary component systems, J. Colloid Interface Sci. 280 (2004) 322–333.