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Fundamentos fisicoquímicos

En general, la extracción de metales mediante biomasas residuales se atribuye a sus proteínas, carbohidratos y componentes fenólicos que contienen grupos carboxilo, hidroxilo, sulfatos, fosfatos y amino, los cuales presentan gran afinidad por los iones metálicos, facilitando su captación. Cabe distinguir tres clases de adsorción según el tipo de atracción que se dé entre el soluto y el adsorbente. Si la adsorción se da por el intercambio iónico en el cual, los iones de una sustancia de interés se concentran en una superficie del material adsorbente como resultado de la atracción electrostática entre ambos, se dice que la adsorción es de tipo eléctrico. Sin embargo, si la molécula adsorbida no está fija en un lugar específico de la superficie, sino más bien está libre de trasladarse dentro de la interfase, se dice que la adsorción es debido a las fuerzas de Van der Waals o también llamada fisisorción. Dicho sea de paso, si el adsorbato forma unos enlaces fuertes localizados en los centros activos del adsorbente, se puede decir que la adsorción tiene naturaleza química. Cabe resaltar que en la fisisorción, la especie adsorbida conserva su naturaleza química, mientras que durante la quimisorción, la especie adsorbida sufre una transformación dando lugar a una especie distinta Appelo y Postma, 2005).

El fenómeno de adsorción se puede ver afectado de manera positiva o negativa, por ciertas variables como la temperatura, pH, tamaño de partículas o simplemente por la presencia de otros iones.

Isotermas de Adsorción.

Los estudiantes de química

La capacidad de adsorción está definida en base a las isotermas de adsorción en disolución. La isoterma de adsorción es la relación de dependencia, a una temperatura constante, de la cantidad de adsorbato adsorbido por peso unitario de adsorbente, con respecto a la concentración del adsorbato en equilibrio.

Obtención experimental

Para obtener la isoterma de un determinado adsorbato se realizan experimentos en los cuales una solución de concentración C0 conocida se hace pasar por un adsorbente de varios pesos. Después de la adsorción se mide la concentración de la solución filtrada Ce, y la diferencia de concentraciones es la cantidad de sustancia disuelta que ha sido adsorbida por el carbón. Esta diferencia se divide entre la cantidad de adsorbente utilizado y la relación obtenida representa la capacidad de intercambio en el equilibrio qe, la cual se gráfica contra la concentración de equilibrio Ce, que es la concentración (ideal) del adsorbato en la cual se detiene el proceso de adsorción.

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La pendiente de la isoterma es la constante K de equilibrio de la reacción (que depende de la temperatura), y representa la adsorptividad, que es la facilidad con la cual el adsorbato es adsorbido. Cada adsorbato tiene una adsorptividad diferente, por lo cual es muy difícil hacer el diseño de un filtro de carbón activado en base a esta consideración. Así surge el concepto de carbón orgánico total, que reúne las propiedades de muchos compuestos orgánicos en uno  solo, con fines de diseño.

Existen muchos compuestos cuya adsorción podría continuar por años y no parar. Es entonces prácticamente imposible alcanzar el equilibrio para esos compuestos y, por lo tanto, Ce. Es por esto que no se suele buscar la isoterma de un compuesto con fines de diseño.

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