Este documento resume un estudio sobre la cinética y termodinámica de la adsorción de β-caroteno en adsorbentes a base de sílica. Los autores encontraron que la capacidad de adsorción aumenta con el tiempo, la concentración inicial y la temperatura. La adsorción en florisil fue mayor que en sílica gel y se ajustó mejor al modelo de Langmuir. El proceso fue espontáneo y endotérmico, haciendo del florisil un buen adsorbente para β-caroteno.

1. 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

2. 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. Mashitah
Procedencia de los autores: Malasia
Insititución: Escuela de Ingeniería Química, Campus de Ingeniería, Universidad Sains
Malasia, Palau Pinang, Malasia.
Nombre de la revista: Chemical Engineering Journal
Volumen: 148
Año: 2009
Páginas: 378-384

3. Índice
1. Introducción
2. Materiales y métodos
3. Resultados y discusiones
4. Conclusiones

4. 1. Introducción

5.  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

6.  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.

7. 2. Materiales y métodos

8. 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

9. Figura 1. Estructura molecular del β- caroteno
Tabla 1. Propiedades del β- caroteno usado en este estudio
Tabla 2. Propiedades de los adsorbentes

10. 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.

11.  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).

12. 3. Resultados y discusiones

13. 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.

14.  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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. Figura 4. Efecto de la temperatura en el equilibrio de adsorción del β-
caroteno en silica gel y florisil a diferentes concenctraciones iniciales.

19. 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 Freundlich
1/n= medida de la intensidad de adsorción

20. 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.

21.  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.

22.  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:
Donde
R= 8.314 J/mol K
T= 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.

23.  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.

24. 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.

25. 4. Conclusiones

26.  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.