La adsorción es un proceso de separación utilizado para concentrar solutos diluidos. Involucra la unión de moléculas de un soluto a la superficie de un sólido adsorbente debido a fuerzas intermoleculares. Existen varios tipos de adsorción dependiendo de la naturaleza de la interacción soluto-adsorbente. La adsorción es un paso clave en la obtención de productos biotecnológicos y requiere el estudio de relaciones de equilibrio y cinética.

1.  La adsorción es una de las operaciones más utilizadas en la etapa de concentración de
caldos acuosos diluidos.
 Mediante la adsorción las moléculas de un soluto se concentran en una superficie solida
por la acción de fuerzas intermoleculares entre el soluto y el sólido. Debido a la naturaleza
de estas fuerzas el fenómeno es fácilmente reversible.
 La adsorción es esencialmente un fenómeno de superficie y debe distinguirse de la
absorción la cual implica la penetración de una sustancia en el cuerpo de otra.
 La concentración de uno o varios solutos de un caldo por medio de la operación de
adsorción requiere cuatro pasos.
1. El adsorbente y la solución se ponen en contacto.
2. Al efectuarse la adsorción el soluto se une preferentemente a la superficie del adsorbente
respecto a otros solutos.
3. Una vez concluida la adsorción es necesario lavar la columna con una solución que no
provoque la desorción del soluto de interés.
4. Se efectúa la recuperación del soluto utilizando un fluido que favorezca la desorción,
operación conocida como elución.
 Las operaciones de adsorción son utilizadas en la obtención de varios tipos de productos
biotecnológicos como aminoácidos, antibióticos, vitaminas y proteínas.
 Debido a esto, cada vez existe una mayor necesidad de profundizar en los aspectos
fundamentales de la operación (pericialmente en el contexto del procesamiento de caldos
biológicos), de los cuales se pueden destacar cuatro:
 Los tipos de adsorción según el tipo de interacción soluto-adsorbente.
 Los tipos de adsorbente.
 Las relaciones de equilibrio.
 La cinética de la adsorción.
 De acuerdo al tipo de interacción del soluto con el adsorbente, se pueden distinguir cuatro
tipos básicos de adsorción:
a) Física
b) Iónica
c) Hidrofóbica

2. d) Por afinidad
e) En la adsorción física las fuerzas de atracción entre el soluto y el adsorbente son de tipo
London-van Der Waals.
f) En la adsorción iónica la diferencia de cargas entre el adsorbente y el soluto genera
atracciones electrostáticas más fuertes y selectivas.
a) La adsorción hidrofóbica se produce por interacciones entre regiones
hidrofóbicas del soluto y el adsorbente.
g) La adsorción por afinidad está basada en interacciones altamente específicas entre el
adsorbente y el soluto, lo que caracteriza a este tipo de adsorción como altamente
selectiva.
h) Tipos de adsorbentes
En este proceso de selección los principales parámetros a considerar son las propiedades físicas
del adsorbente, tales como: resistencia mecánica, área por unidad de volumen, porosidad interna
y del lecho, forma de la partícula y tamaño.
 Relaciones de equilibrio.
El análisis de los procesos de adsorción requiere de datos de equilibrio que se expresan
normalmente como isotermas de adsorción.
Las isotermas son parte esencial para modelar la adsorción y por lo tanto para el diseño, cálculo de
eficiencias y costos de la adsorción.
Nos permiten estimar el grado de purificación que puede ser alcanzado, la cantidad de adsorbente
requerido, y la sensibilidad del proceso respecto a la concentración del producto.
 Cinética de la adsorción
El estudio de las isotermas de adsorción nos permite determinar para un sistema soluto-
adsorbente dado, el grado de separación que puede ser logrado y la sensibilidad del proceso con
respecto a la concentración del soluto.
Sin embargo, para el desarrollo del modelo de la adsorción es necesario poder establecer,
mediante el empleo de coeficientes de transferencia de masa, la velocidad de la adsorción o el
tiempo necesario para alcanzar una cierta separación.

3. La adsorción sobre los fluidos se clasifica en:
 Adsorción física:
Las moléculas del gas se mantienen unidas a la superficie del sólido por medio de fuerzas
de van der Waals relativamente débiles.
 Adsorción química
Se produce una reacción química en la superficie del sólido, y el gas se mantiene unido a la
misma a través de enlaces químicos relativamente fuertes.
 Los incrementos de entalpía que aparecen en la quimisorción suelen tener una magnitud
mayor que los de la adsorción física. Normalmente, ΔH para la quimisorción se encuentra
en el intervalo de -40 a -800 KJ/mol, mientras que ΔH en la adsorción física va de -4 a -40
KJ/mol.
 En la quimisorción, cuando una monocapa del gas adsorbido cubre completamente la
superficie, no es posible que se produzcan mas reacciones químicas entre el gas (especie
B) y el sólido (especie A).
 En la adsorción física, cuando la monocapa esta completa, las interaccione
intermoleculares entre moléculas B adsorbidas en la monocapa y moléculas B de la fase
gaseosa pueden conducir a la formación de una segunda capa de gas adsorbido.
 Los datos de equilibrio se expresan como isotermas de adsorción.
 Las isotermas son parte esencial para modelar la adsorción; para el diseño, cálculo de
eficiencias y costos de la adsorción.
 Se representa expresando las cantidades adsorbidas como volumen (v) de gas adsorbido
por gramo de adsorbente.
 Las principales utilizadas en bioseparaciones son:
 Isoterma de Langmuir
 Isoterma lineal
 Isoterma de Freundlich
 Las isotermas lineales pueden ser descritas por la ecuación de una recta que pasa por el
origen de la forma:
q = Ky

4. Isoterma de adsorción
Los datos experimentales se grafican en coordenadas cartesianas para determinar K
 Su utilización es rara pero puede ser usada para aproximar las isotermas la región de baja
concentración de soluto.
 Isoterma de adsorción que considera la superficie de adsorción homogénea con una
monocapa de moléculas adsorbidas, en posiciones fijas y sin interacciones laterales entre
ellas. Se presenta generalmente en la adsorción por afinidad. Su expresión es:
q =qoy/(Kd+ y)
 Donde qo es la capacidad máxima del adsorbente y Kdes la constante de equilibrio de la
desorción.
Isoterma de Langmuir
 Isoterma de adsorción que considera la superficie de adsorción homogénea con una
monocapa de moléculas adsorbidas, en posiciones fijas y sin interacciones laterales entre
ellas. Se presenta generalmente en la adsorción por afinidad. Su expresión es:
q =qoy/(Kd+ y)
 Donde qo es la capacidad máxima del adsorbente y Kdes la constante de equilibrio de la
desorción.
Operaciones de adsorción
 Son muy poco incosteables , sin embargo son útiles en la experimentación en laboratorios
para la obtención de datos de diseño.
 LECHO FIJO
 De forma industrial se utilizan mas la columna de lecho fijo. Estas columnas pueden ser
operadas simulando un sistema a contracorriente mediante el sistema de carrusel
 El fluido en el lecho fijo no debe ocasionar una caída de presión de flujo, no deben ser
arrastrados fácilmente por el corriente de fluido.
 Los solidos deben ser por lo general desde 50 micras hasta 12mm de diámetro
 LECHO FLUIDIZADO

5.  Las partículas de adsorción se suspenden mediante un flujo ascendente de la solución de
interés.
 Esto es útil para el tratamiento de caldos con solidos en suspensión, suprimiendo la
operación solido-liquido previa a la adsorción
 Resinas
 Pueden ser catiónicas y anicónicas
 - Para su elusión catiónica se emplea una dilución concentrada en el ión originariamente
asociado al intercambiador.
 Sílica gel
- Tiene 40% de porosidad
- Produciéndose en todos los casos una elución por
desplazamiento o competencia entre los componentes
de bajo peso molecular ligados o no, con el sitio activo de la macromolécula biológica
ligada o libre.
 Carbónactivado
El granulado se aplica para gases y vapores
En polvo para purificar , decolorar, quitar sabores y olores.
 Zeolitas
- Eficientes en la remoción de metales pesados
- Empleando una disolución concentrada en el ion originariamente asociado al
intercambiador (por ejemplo, un ácido mineral para una resina ácida fuerte).
Adsorbedor tipo tanque agitado intermitente
En esta operación de adsorción el adsorbente se agrega a la solución dentro de un tanque, se agita
la suspensión y posteriormente se separa la fase sólida y líquida.
 Las operaciones de el tipo intermitente son utilizadas cuando la capacidad del adsorbente
es muy alta.
 A escala industrial estas operaciones son poco utilizadas e incosteables pero a nivel
laboratorio son muy útiles para la obtención de datos de diseño

6. En este tipo de diseño de tanque agitado no siempre la operación es 100% eficiente, la descripción
es como sigue:
Si se proporciona un tiempo de contacto adecuado se alcanzara el equilibrio entre las fases, por lo
que se alcanzara el 100% de eficiencia.
En cambio:
Si el tiempo de contacto es menor que el necesario para alcanzar el equilibrio la operación no será
100% eficiente.
Este ultimo caso se trata de adsorción lenta por lo que existen alternativas de diseño tales como:
• Utilizar curvas de equilibrio practicas tomando en cuenta directamente la eficiencia de la
etapa, considerando tiempos menores a los del equilibrio real.
• Otro tipo de análisis requiere de ciertas expresiones de equilibrio, balances de masa, en
forma grafica y analítica.
ADSORBEDORES TIPO TANQUE AGITADO CONTINUO
Una aplicación particular de este arreglo es el procesamiento de caldos de fermentación
completos, ya que no presenta los problemas de taponamiento con la biomasa como cuando se
trata de procesar estos caldos directamente en columnas de lecho fijo.
Sistema de adsorción tipo tanque agitado continuo
En este sistema la cantidad de soluto adsorbido sobre la superficie de adsorbente varia con el
tiempo, lo que se traduce en una operación en estado no estacionario.
ADSORCION EN LECHO FIJO
Operación que se lleva a cabo en columnas empacadas con adsorbente.
Fundamento
 Por la parte superior de la columna se alimenta la solución que contiene el soluto de
interés. Durante su paso por la columna el soluto es adsorbido en el lecho y la solución
agotada es obtenida al fondo de la columna.
CURVAS DE RUPTURA
 En la descripción de la adsorción en columna; se utilizan graficas de la variación de la
concentración de soluto a la salida de la columna con el tiempo.
Zona de equilibrio

7. • Donde el adsorbente se encuentra en equilibrio con la concentración de soluto.
Zona de transferencia de masa
• Donde la concentración de soluto en el adsorbente varia a lo largo de la zona.
Zona no utilizada
• Donde no se ha presentado adsorción, donde la concentración de soluto en el adsorbente
es igual a la inicial.
Curvas de ruptura
Esta se utiliza para caracterizar la capacidad de la columna. Dado que la forma de la curva influye
fuertemente el diseño y operación de la columna
Cromatografía de lecho fijo
(Cromatografía por adsorción)
Es la técnica más utilizada a escala industrial para la purificación de proteínas, debido
principalmente a presentar la mayor área de adsorción por unidad de volumen.
Consiste en una columna o tubo vertical relleno con partículas de adsorbente
Las cromatografías de lecho fijo son procesos no estacionarios; el líquido que contiene el soluto se
hace pasar a través del lecho y la carga o cantidad de producto retenido va aumentando en el
tiempo.
Se puede llevar a cabo de dos formas:
Análisis Frontal
Se alimenta constantemente la columna hasta que se satura, se utiliza para caracterizar la
capacidad de columna
Cromatografía de Elución
Inyecta una muestra y luego se aplican condiciones que las proteínas eluyan en forma diferencial
Coeficiente de transferencia de masa
Para el desarrollo del modelo de la adsorción es necesario poder establecer, mediante el empleo
de coeficientes de transferencia de masa, la velocidad de la adsorción o el tiempo necesario para
alcanzar una cierta separación.
La velocidad efectiva de la adsorción depende tanto de las condiciones de operación (flujo,
temperatura, composición y presión), como de la configuración del sistema (intermitente,
columna, etc.) y del tamaño del equipo donde se realizara la operación.

8. Mecanismos de transporte
Su estudio consiste en establecer expresiones de la rapidez de la adsorción a nivel local.
En los procesos de adsorción se utilizan materiales porosos que ofrecen una gran área por unidad
de volumen con el propósito de recuperar la mayor cantidad de soluto posible en un volumen
dado.
En este proceso existen varias resistencias al movimiento y se pueden visualizar principalmente
como:
Resistencia de película del líquido que rodea el adsorbente.
Resistencia a la difusión en el seno del adsorbente.
Resistencia a la difusión dentro del poro.
Resistencia a la reacción en la superficie
Control de la resistencia de película: Todas las resistencias pueden actuar tanto en paralelo como
en serie. Particularmente la resistencia de la difusión de poro no puede relacionarse directamente
a la de superficie y seno del adsorbente.
Generalmente la resistencia de la película, la del poro o una combinación de ambas, controla la
velocidad de adsorción local.
Adsorción en la industria
1. El fluido pasa alrededor de la partícula adsorbente en el lecho.
2. El soluto se difunde desde el volumen del fluido hacia toda la superficie de la partícula
3. El soluto se difunde hacia el interior del poro y se adsorbe sobre la superficie
Los adsorbentes suelen tener forma esférica o gránulos con tamaño de 0.1 mm a 12 mm y las
partículas más grandes se usan en lechos empacados. Una partícula de adsorbente tiene una
estructura muy porosa.
Adsorbentes más utlizados en la industria:
Aplicaciones de la Adsorción
Aplicaciones fase líquida
 Eliminación de compuestos orgánicos del agua o de soluciones orgánicas.
 Eliminación de impurezas coloreadas de sustancias orgánicas. Decoloración de productos
de petróleo y soluciones acuosas de azúcar.

9.  Eliminación de diversos productos de fermentación de las descargas de los fermentadores.
 Concentración de caldos acuosos diluidos
Aplicaciones adsorción fase gaseosa
 Eliminación de:
› Agua de hidrocarburos gaseosos
› Componentes azufrados del gas natural
› Disolventes del aire y de otros gases
› Olores desagradables de gases industriales como CO2
 Recuperar vapores valiosos de disolventes
Fraccionar mezclas de gases de hidrocarburos que contienen sustancias como metano, etileno,
etano, propileno y propano.
INTERCAMBIO IONICO
 El intercambio iónico es una reacción química reversible, que tiene lugar cuando un ion
de una disolución se intercambia por otro ion de igual signo que se encuentra unido a
una partícula sólida inmóvil.
Este proceso tiene lugar constantemente en la naturaleza, tanto en la materia inorgánica como en
las células vivas.
 Por sus propiedades como disolvente y su utilización en diversos procesos industriales, el
agua acostumbra a tener muchas impurezas y contaminantes.
 Las sales metálicas se disuelven en el agua separándose en iones, cuya presencia puede
ser indeseable para los usos habituales del agua.
 En el contexto de purificación, intercambio de iones, es un proceso rápido y reversible en
el cual los iones impuros presentes en el agua son reemplazados por iones que despide
una resina de intercambio de iones.
 La ciencia de intercambiar un ion por otro empleando una matriz es una metodología
antigua.
Aristóteles menciona que haciendo pasar agua de mar a través de un recipiente de cera se obtiene
agua dulce (Meteorologia, libro II, Parte 3).
Resinas de Intercambio Iónico

10.  Los electrolitos son sales disueltas que le confieren a la solución la capacidad de conducir
la electricidad, en el agua pura suele encontrarse los cationes (positiva) y para equilibrar
las cargas los aniones (negativa).
 Las resinas de intercambio iónico son materiales sintéticos, sólidos e insolubles en agua,
que se presentan en forma de esferas o perlas.
 La principal ventaja de las resinas de intercambio iónico es que pueden recuperar su
capacidad de intercambio original, mediante el tratamiento con una solución regenerante.
Resinas catiónicas de ácido fuerte
 Intercambian iones positivos (cationes).
 Funcionan a cualquier pH.
 Es la destinada a aplicaciones de suavizado de agua, como primera columna de
desionización en los desmineralizadores o para lechos mixtos. Elimina los cationes del
agua y necesitan una gran cantidad de regenerante, normalmente ácido clorhídrico (HCl).
 Resinas catiónicas de Sodio: Eliminan la dureza del agua por intercambio de Sodio por
Calcio y Magnesio.
 Resinas catiónicas de Hidrogeno: Pueden eliminar todos los cationes (Calcio, Magnesio,
Sodio, Potasio, etc) por Hidrogeno.
Resinas catiónicas de ácido débil
 Tienen menor capacidad de intercambio.
 No son funcionales a pH bajos.
 Eliminan los cationes que están asociados con Bicarbonatos.
Catálisis
 Catalizador: Sustancia capaz de acelerar la velocidad de una reacción química.
 Se utilizan catalizadores heterogéneos: Ventaja sobre catalizadores homogéneos.
› Mejores rendimientos de reacción.
› Se separan del medio con una simple filtración.
 Ejemplos de Reacción: Hidrólisis, esterificación, formación de amidas,
condensaciones, etc.

11.  Zeolitas ácidas: Contienen Iones H+ en su estructura por ello catalizan muchas
reacciones químicas como craquing del crudo, isomerización y síntesis de
combustible.
› Procesos de Oxidación-Reducción, una vez que se ha introducido en su
estructura un metal determinado.
 La particular estructura de poro de las zeolitas, que varían en forma tamaño, es
determinante en su actuación como catalizador ya que introduce una limitación
estérica al acceso de los reactivos a los sitios activos.