Introducción
Las isotermas se recogen normalmente utilizando mediciones estáticas de adsorción, ya que es más fácil y rápido que recoger datos isotérmicos en un sistema de ruptura. Sin embargo, las mediciones estáticas no pueden imitar los flujos ni las impurezas gaseosas, por lo que puede ser necesario recopilar datos de penetración a distintas presiones para analizar y optimizar el proceso. Esta nota de aplicación se centrará en cómo el cambio de presión puede afectar a la cantidad adsorbida por un material y cómo la medición de curvas de penetración a diferentes presiones permitiría al usuario construir una isoterma. Las isotermas determinadas mediante el análisis de la penetración nunca se correlacionarán exactamente con las obtenidas mediante mediciones de adsorción estática. El impacto del flujo puede tener un efecto drástico en la isoterma de adsorción, especialmente cuando hay limitaciones de caída de presión o de transferencia de masa.
Experimental
La zeolita 13X se utilizó para medir la adsorción de dióxido de carbono a alta presión en el Micromeritics BreakThrough Analyzer a presiones variables entre 1 bar y 10 bar (absolutos). Estas mediciones se recogieron a 30 °C y a un caudal total de 21 sccm. El flujo consistió en 10 sccm de N2, 10 sccm deCO2 y 1 sccm de He. En estos experimentos se utilizó helio como gas trazador para determinar el inicio del experimento de ruptura. Se utilizó un gas trazador ya que el caudal total de gas seguía siendo el mismo independientemente de la presión, sin embargo el tiempo muerto de cada experimento cambiaría debido a la compresión de gas en el mismo volumen de espacio muerto total. Antes de cada análisis, la zeolita 13X se activó a 100 °C durante una hora antes de aumentar a 200 °C durante 12 horas más. Después de cada medición, la muestra requería una activación completa para regenerar completamente el material, mientras que la activación a temperatura ambiente era suficiente a 1 bar, se requerían temperaturas de activación más altas para mediciones a mayor presión. Además, el espectrómetro de masas se saturaba deCO2 después de cada medición y requería un breve horneado de 1 a 2 horas antes de proceder al siguiente análisis.
Resultados
Se realizaron mediciones de rotura en la zeolita 13X a 1, 2, 3, 5, 7 y 10 bares de presión absoluta. Para cada medición, el caudal deCO2 fue de 10 sccm. La figura 1 muestra los resultados de todas las mediciones de penetración. El tiempo cero corresponde a la irrupción del helio en la medición, de modo que ya se ha restado el tiempo muerto del experimento.
Todas las curvas de penetración de la zeolita 13X muestran picos agudos, lo que significa que las limitaciones de transferencia de masa son escasas o nulas. Este comportamiento es el esperado ya que la zeolita 13X ha demostrado excelentes capacidades para adsorberCO2 y la ventana de poros es mucho mayor que el diámetro cinético delCO2. Además, no se observó ninguna caída de presión en el sistema, lo que también era de esperar ya que la zeolita 13X se analizó tal cual en su forma peletizada.
La figura 2 muestra la isoterma que se genera al resolver la ecuación de penetración y
traza la cantidad total adsorbida para cada medición de penetración. La tabla 1 también muestra las cantidades adsorbidas a cada presión en
.
Conclusiones
La zeolita 13X es un adsorbente eficaz deCO2 a presión atmosférica y a altas presiones. Zeolite 13X mostró una capacidad de adsorción deCO2 de 15 mmol/g a una presión total de 10 bares. A lo largo de las mediciones de penetración, no mostró apenas caídas de presión ni limitaciones en la transferencia de masa, como se observó en las curvas de penetración.
