Estudio Cinético de la descomposición catalizada de peróxido de hidrogeno sobre carbón activado
Introducción
La descomposición catalizada del peróxido de hidrógeno
(DCPH), tanto en fase homogénea como heterogénea, es una reacción
ampliamente estudiada debido a la alta reactividad de la molécula
y al poder oxidante de los productos intermediarios de reacción.
La selectividad para la DCPH
en la superficie de un sólido es de utilidad para evaluar y comparar
la actividad catalítica de sólidos modificados
Esta evaluación se realiza asumiendo que la cinética de la DCPH obedece a una ley de pseudo-primer orden
V[H_2 O_2 ]=-[H_2 O_2 ]/dt=k_abs [H_2 O_2 ]
METODOLOGÍA
Las reacciones de DCPH se llevaron a cabo en una celda de
vidrio con doble pared para control de temperatura.
La mezcla de reacción se mantuvo siempre en 50 mL. La reacción de DPCH se inicia con la adición de la solución de peróxido de
hidrógeno, a la misma temperatura a la que se encuentra la mezcla agua carbon activado.
Para
una composición fija de la mezcla de reacción con concentración de
peróxido 0,100 mol L-1 y una CAT igual a 2,00x10-3 g mL-1 a una
temperatura de 298 K, se encontró que: en el intervalo, de 2-10 unidades de pH de la solución la velocidad inicial de reacción no varía de
manera significativa.
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El estudio cinético se realizó por el método diferencial de velocidades iniciales. Para obtener la velocidad inicial, el conjunto
de datos experimentales fue sometido a los siguientes tratamientos
numéricos para garantizar la confiabilidad del valor obtenido: ajuste
de diferentes intervalos de datos a polinomios de orden 3, 4 , 5 y 6
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RESULTADOS Y DISCUSIÓN
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En la Figura 2 se aprecia como varía la velocidad inicial de reacción en función de la relación masa-volumen de carbón activado
(CAT), cuando la concentración inicial de peróxido es, (a) 1,60x10-1
mol L-1 y (b) 7,92x10-2 mol L-1, a una temperatura de 298 K.
Los datos anteriores se evaluaron mediante el método diferencial,
asumiendo inicialmente que la DCPH se puede describir mediante
la ley de velocidad
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En la Figura 3 se aprecia la variación de la velocidad inicial de
reacción en función de la concentración inicial de peróxido de hidrógeno, cuando la relación masa-volumen de carbón activado (CAT)
es: (a) 1,0x10-3 g mL-1, (b) 2,0x10-3 g mL-1 y (c) 4,0x10-3 g mL-1, a
una temperatura de 298 K.
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MODELOS CINÉTICOS ALTERNATIVOS
La Figura 1 muestra claramente que durante la descomposición
del peróxido de hidrógeno la superficie del carbón activado se modifica químicamente, disminuyendo los sitios activos donde puede
ocurrir la descomposición
Algunos autores consideran que el carbón activado actúa únicamente como un catalizador de transferencia electrónica para la DCPH,
según el siguiente esquema de reacción
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A partir de los datos de la Tabla 1 se estimó que la energía de activación asociada a la DCPH, según la ecuación de Arrhenius, es de aproximadamente 27,6 kJ mol-1 en el intervalo de concentración estudiado.
Topic principal
CONCLUSIÓN
EFECTO DE LA TEMPERATURA
En la Figura 4 se muestra el efecto de la temperatura en las
velocidades iniciales de reacción, en función de la concentración inicial de peróxido de hidrógeno cuando la relación masa-volumen
de carbón activado es 2,00x10-3 g mL-1.
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En la Tabla 1 se muestra que el orden de reacción se aleja de
uno a medida que la temperatura aumenta de 293 a 313 K, dando la
primera evidencia de la complejidad en el mecanismo de reacción,
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Las consideraciones realizadas para llegar a este esquema de
reacción son las siguientes: la molécula de peróxido de hidrógeno
se adsorbe sobre la superficie de carbón activado; el peróxido de
hidrógeno adsorbido reacciona en sitios activos donde haya grupos
funcionales formando sobre la superficie intermediarios de reaccióno.
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