Desmitificar Adsorbente vs Absorbente: Implicaciones y usos

Introducción al adsorbente y al absorbente

En el ámbito de la ciencia de los materiales, los términos "adsorbente" y "absorbente" pueden utilizarse indistintamente; sin embargo, se refieren a fenómenos diferentes. Es importante distinguir entre adsorción y absorción a la hora de elegir los materiales y métodos adecuados en muchas industrias. La adsorción se refiere a cuando las moléculas o los iones se adhieren a la superficie de un material, mientras que la absorción significa que las sustancias se infiltran en el interior de un material. En este artículo se analiza en detalle la diferencia entre adsorbente y absorbente, sus mecanismos y sus aplicaciones en la vida real.

Para comprender la importancia de la adsorción y la absorción, considere esta estadística: en 2025, el mercado mundial de tamices moleculares, que es uno de los principales adsorbentes, alcanzará un valor de 5.800 millones de dólares con una TCAC de 5,6% durante el periodo comprendido entre 2020 y 2025 (MarketsandMarkets, 2020). Su crecimiento está impulsado por la creciente necesidad de tamices moleculares utilizados en varias aplicaciones, como la separación de gases, el procesamiento petroquímico y la catálisis. Los tamices moleculares se utilizan mucho en la industria del petróleo y el gas para purificar el gas natural y eliminar contaminantes como el agua, los compuestos de azufre, el dióxido de carbono, etc. A la hora de distinguir entre adsorbentes y absorbentes, recuerde su gran influencia en nuestra vida cotidiana y en la industria.

Ausentes y ocupados por productos comunes

Adsorción-Utilización de materias primas

Diferentes productos y procedimientos se basan en la adsorción. Por ejemplo, el carbón activado es uno de los adsorbentes más utilizados en filtros de agua, purificadores de aire y máscaras antigás. Debido a su elevada superficie y estructura porosa, adsorbe fácilmente impurezas, olores o contaminantes. Otro ejemplo es el gel de sílice, que suele encontrarse en los paquetes desecantes que vienen con los aparatos electrónicos o la ropa. El gel de sílice absorbe la humedad del aire para evitar daños en artículos delicados. El tamiz molecular, la alúmina o las zeolitas son ejemplos de adsorbentes utilizados en cromatografía para separar y purificar mezclas basándose en la adsorción selectiva de distintos componentes.

Productos de absorción

También hay muchos productos absorbentes que utilizamos en nuestra vida cotidiana. Ejemplos clásicos de materiales absorbentes son las toallas de papel y las esponjas que absorben los líquidos derramados. Los polímeros superabsorbentes se utilizan en pañales y productos de higiene femenina porque pueden absorber grandes cantidades de líquidos sin que vuelvan a salir). En medicina, los apósitos absorbentes se utilizan para tratar los exudados y facilitar la cicatrización. Los absorbentes industriales fabricados con polipropileno o materiales a base de celulosa se emplean en la limpieza de vertidos de petróleo y productos químicos, como el Oil Spill Eater II (OSE II) de Sorbents International. Atraen los líquidos hacia su estructura a granel y los contienen eficazmente, tras lo cual pueden eliminarse del medio ambiente.

Comparación detallada: Adsorción vs Absorción

Fenómeno de masa frente a fenómeno de superficie

El lugar donde se produce el proceso representa una de las distinciones clave entre adsorción y absorción. La adsorción es un fenómeno de superficie en el que las moléculas o iones de una sustancia adsorbida (adsorbato) se adhieren a la superficie de un material adsorbente. Se produce por fuerzas intermoleculares. El adsorbato forma una fina película en la superficie del adsorbente, pero no penetra en su interior. Por el contrario, la absorción es la penetración de un absorbente (sustancia absorbida) en la estructura del absorbente. Las moléculas absorbidas se dispersan por el material ocupando espacios entre las moléculas absorbentes.

Intercambio de calor y necesidades energéticas

Los procesos de adsorción y absorción suelen conllevar un intercambio de calor y tienen requisitos energéticos diferentes. Normalmente, la adsorción se considera un proceso exotérmico, lo que significa que se produce una liberación de calor a medida que las moléculas de adsorbato se adhieren a las superficies de un adsorbente, ya que estas interacciones provocan disminuciones de energía en todo el sistema. Algunos ejemplos comunes de adsorción incluyen el uso de carbón activado para eliminar impurezas del agua o del aire, y el uso de gel de sílice para adsorber la humedad del aire. Sin embargo, en otros casos, la absorción puede ser un proceso exotérmico o un proceso endotérmico (que absorbe calor), dependiendo del sistema concreto y de cómo respondan ambos entre sí, por ejemplo, la relación absorbente-adsorbente que prevalezca en ellos. Esto implica que para cualquier proceso dado, la cantidad de energía requerida variará en función de factores como el aspecto de solubilidad entre el absorbente y el absorbido, así como la intensidad de la fuerza intermolecular.

Dependencia de la temperatura y la presión

La temperatura y la presión son factores significativos en ambos procesos: absorción y adsorción. A temperaturas más bajas, las partículas individuales conservan más energía cinética, lo que reduce la probabilidad de que se adhieran a las superficies y crea condiciones más favorables para ello que a temperaturas más altas, ya que estas últimas, al aumentar la temperatura, desorben mayores cantidades de esta superficie debido al aumento de sus energías, lo que aumenta la probabilidad de adherencia al aumentarlas por encima de ciertos umbrales. En cuanto a los efectos de la presión, la adsorción también va de la mano con ella, por lo que las presiones más altas se asocian con mayores cantidades de adsorción. Esto se debe al hecho de que una mayor presión conduce a un aumento de la concentración de moléculas de adsorbato en la superficie de un adsorbente que tiende a promover su adhesión.

La absorción también sufre cambios como resultado de la temperatura y la presión, aunque esto depende de varios factores. En ocasiones, la solubilidad del absorbente aumenta con el incremento de la temperatura, lo que hace que la absorción sea más eficaz a altas temperaturas. Sin embargo, otros casos indican que las temperaturas más altas disminuyen la absorción porque habrá más movimiento molecular y menos atracción entre ellas. Además, la presión puede influir en la absorción, sobre todo en los sistemas gas-líquido, ya que las presiones más altas aumentan la solubilidad del gas en los absorbentes líquidos.

Mecanismos y procesos

Fuerzas de Van der Waals y enlaces químicos

La adsorción puede entenderse de forma diferente en función de la naturaleza del adsorbato y del adsorbente. Principalmente, la fisisorción, que es una adsorción física, y la quimisorción, que es una adsorción química, son tipos comunes de adsorción. La fisisorción une un adsorbato a la superficie de un adsorbente a través de fuerzas débiles de Van der Waals, como las fuerzas de dispersión o inducción entre moléculas polares, por ejemplo. Estas fuerzas tienden a ser relativamente débiles, lo que hace que este tipo de proceso sea reversible por naturaleza. La fisisorción se caracteriza por un bajo calor de adsorción y la formación de multicapas en el límite entre adsorbente y adsorbato.

En la quimisorción, las moléculas en contacto con la superficie forman enlaces químicos con ella. Estos enlaces químicos son más fuertes que los que intervienen en la fisisorción, como los de van der Waals, por lo que a menudo implican el intercambio o la transferencia de electrones entre la molécula absorbente y el compuesto absorbente. La quimisorción tiene lugar de forma irreversible y presenta un elevado calor de absorción. La cobertura monocapa suele producirse cuando la quimisorción tiene lugar en superficies que poseen sitios específicos donde se produce la formación de enlaces químicos.

Difusión, solubilidad y capilaridad

El absorbente se absorbe en los materiales impregnando su estructura mediante moléculas absorbentes. El modo de absorción varía en función de varios factores, entre los que se incluyen la porosidad, la fuerza intermolecular, la retroflexión de los absorbentes, etc. El principal medio por el que se absorben las moléculas es la difusión, por la que las partículas migran de las regiones con mayor concentración a las zonas con menor concentración en todo el material a granel considerado.

Un segundo factor importante que influye en la absorción es la solubilidad, es decir, cuánto se disuelve una sustancia en una fase líquida determinada. Aparte de la dependencia de la temperatura y la presión, la solubilidad depende de las fuerzas intermoleculares que persisten entre el absorbente y el absorbido. Cuanto más soluble sea un material, mayor será su absorción. En algunos casos, la acción capilar ayuda a la absorción; por ejemplo, en los materiales adsorbentes con poros. Esto tiene lugar cuando las fuerzas adhesivas entre el líquido absorbente y las paredes de los poros del absorbente son mayores que las fuerzas cohesivas del interior de este líquido, por lo que el adsorbente arrastra dicho líquido hacia el medio absorbente, mejorando así la absorción.

Aplicaciones reales de la adsorción

Adsorción en el tratamiento del agua

En los procesos de tratamiento del agua, la adsorción es un proceso importante para eliminar la contaminación, los metales pesados y los contaminantes orgánicos. Por ejemplo, el carbón activado se utiliza habitualmente como adsorbente en los sistemas de depuración de aguas por su elevada superficie y su estructura porosa. Adsorbe eficazmente una gran variedad de impurezas, como cloro, pesticidas, herbicidas y compuestos orgánicos volátiles (COV). El proceso de adsorción en el tratamiento del agua puede realizarse a través de diversos medios, como el lecho fijo o la forma en polvo, donde el carbón activado pasa a través del agua o el carbón activado se mezcla con el agua y luego se separa de ella por filtración, respectivamente. El polvo de zeolita es otro ejemplo que actúa como un tipo de tamiz molecular que se emplea ampliamente como adsorbente en sistemas de purificación de agua debido a su gran superficie y a sus propiedades de adsorción selectiva. Las zeolitas son eficaces para absorber muchas impurezas diferentes, como amoníaco, metales pesados y compuestos orgánicos. Por ejemplo, pueden funcionar en lecho fijo o en suspensión, en cuyo caso las partículas se añaden directamente al agua antes de ser filtradas.

Otro caso de adsorción en el tratamiento del agua es el de las resinas de intercambio iónico. Estas resinas contienen grupos funcionales que absorben selectivamente determinados iones de la solución y los sustituyen por otros. En concreto, las resinas de intercambio catiónico pueden eliminar los iones con carga positiva, como el calcio y el magnesio, que provocan la dureza del agua potable. Por el contrario, también pueden hacerlo las resinas de intercambio aniónico, como los nitratos y los sulfatos, que tienen carga negativa. Las resinas de intercambio iónico se adsorben de forma reversible, por lo que es posible regenerarlas lavándolas con soluciones concentradas que contengan iones de sustitución.

Adsorción en la purificación del aire

La purificación del aire es una de las principales aplicaciones de la adsorción para eliminar sustancias no deseadas, olores y disolventes orgánicos (COV) del aire exterior e interior. En los sistemas de filtración de aire es habitual utilizar tamices moleculares, como las zeolitas, como adsorbentes. La estructura cristalina de la zeolita posee poros bien definidos y, por tanto, puede adsorber selectivamente gases o contaminantes específicos en función de su tamaño o forma a nivel molecular. Por ejemplo, el dióxido de carbono, los óxidos de nitrógeno y el dióxido de azufre son algunos de los gases que las zeolitas han eliminado eficazmente de los gases de escape industriales, lo que ha contribuido a reducir el potencial de calentamiento global y a mejorar la calidad del aire.

Además de las zeolitas, el carbón activado es otro famoso adsorbente utilizado durante el proceso de limpieza del aire. Es capaz de eliminar muchas formas de sustancias orgánicas, como COV, olores y gases tóxicos. En los sectores manufactureros, como la industria de producción química, donde se emiten muchos gases al ambiente circundante, los filtros de carbón activado ayudan a controlar las emisiones. El carbón activado, con su elevada superficie y su naturaleza porosa, tiende a atrapar diferentes tipos de contaminantes transportados por el aire, dejando así una atmósfera más limpia que garantizará definitivamente la seguridad tanto para la salud de los trabajadores como para todo el ecosistema.

Adsorción en procesos industriales

La adsorción es un proceso muy utilizado en los procesos industriales. Los tamices moleculares y la alúmina activada son algunos de los adsorbentes más comunes. Cuando se trata de purificar y separar hidrocarburos, los tamices moleculares se utilizan habitualmente en la industria petrolera y petroquímica. Para ello, absorben de forma selectiva determinadas moléculas de hidrocarburos en función de su tamaño o forma, mejorando así la separación efectiva de los productos deseados de las mezclas. Por ejemplo, las zeolitas se utilizan para eliminar impurezas y mejorar el octanaje de la gasolina durante su fabricación.

La gelatina de sílice es una sustancia que absorbe la humedad y tiene excelentes propiedades para su uso industrial como desecante. Suele utilizarse en envases de productos electrónicos, medicamentos y alimentos que, de otro modo, se estropearían por la humedad. La gelatina de sílice siempre absorbe la humedad del aire circundante, por lo que mantiene la sequedad dentro del envase. Además, también ayuda a separar y purificar diversos compuestos en la industria química, ya que se utiliza como fase estacionaria en cromatografía. La afinidad por un adsorbente permite una separación eficaz en gel de sílice debido a la adsorción selectiva de diferentes sustancias.

Otro adsorbente crítico que encuentra aplicaciones en varios sectores industriales es la alúmina activada. En las industrias del gas natural, la alúmina activada puede utilizarse para eliminar el agua o los compuestos de azufre de las corrientes de gas natural; estos compuestos pueden tener efectos graves en las personas que entran en contacto con ellos, así como causar daños en equipos como las tuberías que los transportan. El procedimiento de absorción de la alúmina activada garantiza que el gas natural se ajuste a las estrictas especificaciones necesarias para su transporte por gasoductos o su consumo normal. La alúmina activada también puede ofrecer materiales de soporte cuando se fabrican catalizadores en los que los componentes metálicos activos se apoyarán en este tipo de estructura de medios. La elevada superficie disponible en la alúmina activada debido a su naturaleza porosa proporciona un medio ideal sobre el que pueden extenderse los metales catalíticos, aumentando así su actividad y selectividad con respecto a las reacciones químicas que tienen lugar en ella.

Aplicaciones reales de la absorción

Absorción en sistemas de refrigeración

En los sistemas de refrigeración, la absorción es muy importante, concretamente en el caso de los refrigeradores y enfriadores de absorción, que tienen importantes aplicaciones industriales. Un refrigerante típico para estos sistemas sería el agua o el amoníaco que serán absorbidos por un absorbente como el bromuro de litio o el agua, respectivamente. El proceso de absorción, que puede clasificarse como absorción física o absorción química, tiene lugar en el absorbedor, que es donde el vapor del refrigerante es absorbido por la solución absorbente, liberando así calor. Desde aquí, el refrigerante absorbido se bombea a un generador donde se calienta, haciendo que el refrigerante se desorba del absorbente y se vaporice. Una vez más, el vapor de refrigerante pasa por todo el ciclo de enfriamiento y, al mismo tiempo, para repetir este proceso, es decir, devolver un absorbente de nuevo a un absorbedor.

En comparación con los sistemas tradicionales de compresión de vapor, los sistemas de refrigeración por absorción presentan varias ventajas, como las fuentes de energía y las cuestiones medioambientales. Pueden funcionar con calor de baja calidad, como la energía residual de procesos industriales o la energía solar térmica, lo que los hace más ecológicos y eficientes. Una vez más, los sistemas de absorción utilizan refrigerantes que no agotan la capa de ozono y tienen menos piezas móviles, lo que se traduce en un menor mantenimiento que con este tipo de plantas; aunque son más grandes y más caros que los sistemas de compresión de vapor, por lo que su uso no está muy extendido.

Absorción en campos médicos: Administración y suministro de fármacos

En el campo de la medicina, la absorción es un concepto muy importante, sobre todo en la administración y el suministro de fármacos. Cuando un fármaco se toma por vía oral, tiene que ser absorbido desde el tracto gastrointestinal hasta el torrente sanguíneo, donde puede actuar en su órgano diana. Los factores que afectan a la absorción del fármaco son, entre otros, su solubilidad, el pH del medio gastrointestinal y la presencia de alimentos en el estómago. Algunos fármacos están diseñados para ser absorbidos rápidamente y producir un efecto inmediato, mientras que otros han sido formulados para una absorción lenta, creando así una liberación sostenida de su principio activo a lo largo del tiempo.

En la administración tópica de fármacos, la absorción también desempeña un papel cuando los medicamentos se aplican sobre la piel o las mucosas. En este caso, por ejemplo, algunos fármacos deben absorberse atravesando la piel o las mucosas para llegar a los tejidos subyacentes, donde cumplen su función. Por ejemplo, los parches transdérmicos se fabrican para administrar medicamentos a un ritmo constante a través de la piel, lo que permite una vía de administración no invasiva y cómoda. La absorción de fármacos a través de la piel depende de factores como la lipofilia de los fármacos, el tamaño molecular y el estado de la barrera queratinizada.

Absorción en la vida cotidiana: Control de vertidos

Por ejemplo, en nuestro día a día nos encontramos y, por tanto, utilizamos materiales absorbentes para el control de derrames y la limpieza. Las toallas de papel, las esponjas y las fregonas son artículos domésticos que absorben los líquidos derramados. Por ello, estas sustancias están diseñadas con una gran capacidad de absorción que les permite deshacerse de los líquidos de las superficies de forma rápida y eficaz. Esta es la razón por la que las industrias emplean materiales absorbentes como almohadillas de polipropileno o barreras para la limpieza de derrames de aceite y productos químicos. Estos materiales repelen el agua de forma natural, pero pueden absorber aceites y otros hidrocarburos porque son hidrófobos, lo que los hace adecuados para eliminar especies específicas de sistemas acuosos.

Además, los productos absorbentes como los pañales, las compresas higiénicas y los productos para la incontinencia de adultos utilizan polímeros superabsorbentes en los que se puede absorber una gran cantidad de líquido en peso. En estos materiales, cuando el líquido entra en contacto con la estructura porosa del polímero, se produce una atracción capilar junto con un enlace de hidrógeno que hace que el líquido se adhiera a él. Además, la higiene personal ha adoptado los superabsorbentes revolucionando el funcionamiento de los productos de higiene personal, como los pañales, que absorben eficazmente los olores, lo que supone una gran comodidad para los usuarios.

Jalon: Su socio de confianza para soluciones adsorbentes de alto rendimiento

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Conclusión

En conclusión, es importante distinguir entre materiales adsorbentes y absorbentes para utilizarlos eficazmente en diversas aplicaciones. Para distintos fines, la adsorción, que es un fenómeno superficial, y la absorción, que se produce a granel, difieren en sus mecanismos y características.

La necesidad de soluciones eficientes y sostenibles hará que el desarrollo y la optimización de adsorbentes y absorbentes siga siendo un área clave de investigación e innovación. De este modo, podemos desarrollar nuevos materiales y tecnologías que satisfagan las necesidades cambiantes de los distintos sectores y, al mismo tiempo, promover un futuro más limpio, saludable y sostenible profundizando en nuestra comprensión de estos fenómenos y de los mecanismos que los sustentan.