Adsorción de ácido cafeico y clorogénico provenientes del proceso de producción de café mediante carbón activado

Abstract

El presente trabajo aborda la recuperación de los ácidos clorogénico (ACG) y cafeico (AC) mediante un proceso de adsorción sobre carbón activado granular comercial. Para ambos compuestos, se estudió el equilibrio de adsorción individual a pH 3, 5 y 7. Las isotermas de adsorción fueron interpretadas empleando los modelos de isoterma de Langmuir y Freundlich, obteniendo capacidades máximas de adsorción de 1.33 y 1.62 mmol/g para ácido cafeico y ácido clorogénico, respectivamente; y se encontró que el mecanismo de adsorción fue debido a interacciones dispersivas π-π e interacciones electrostáticas. Se realizó el estudio de equilibrio adsorción binaria y los datos se interpretaron empleando el modelo de Langmuir multicomponente extendido y se encontró que la adsorción binaria de ácido cafeico y ácido clorogénico es de tipo antagónica. Los datos experimentales de velocidad de adsorción fueron interpretados mediante diversos modelos matemáticos para evaluar las resistencias a la transferencia de masa presentes y gobernantes durante el proceso. Los resultados al aplicar los modelos cinéticos de primer y segundo orden arrojaron que este último los interpretó de mejor manera obteniendo valores de R2 cercanos a la unidad. Finalmente, los datos experimentales de velocidad de adsorción se interpretaron mediante modelos difusionales: Modelo de difusión superficial (MDS) y Modelo de difusión en el volumen de poro (MDVPS), encontrándose la presencia de diferentes resistencias a la trasferencia de masa durante el proceso se adsorción. Para AC la difusión está controlada por la difusión superficial, mientras que para ACG tanto la difusión superficial como en el volumen de poro son importantes.

The present Thesis addresses the adsorption of chlorogenic and caffeic acid using commercial granular activated carbon. For both compounds, the single adsorption equilibrium was studied at pH 3, 5 and 7. The experimental adsorption isotherms were interpreted using the Langmuir and Freundlich isotherm models, obtaining a maximum adsorption capacities of 1.33 and 1.62 mmol/g for caffeic and chlorogenic acid, respectively. It was found that the adsorption mechanism of both compounds was due to π-π and electrostatic interactions. Also, the binary adsorption equilibrium study was performed and the experimental data were interpreted using the extended multicomponent Langmuir model. The results evidenced that the binary adsorption of caffeic acid and chlorogenic acid is antagonistic in nature. The experimental adsorption rate data were interpreted using several mathematical models to evaluate the mass transfer resistances involved during the process. The results obtained by applying the first and second order kinetic models showed that the latter interpreted better the experimental data, obtaining R2 values close to unity. Finally, the experimental adsorption rate data were interpreted by means of diffusional models: Surface Diffusion Model (SDM) and Pore Volume Diffusion Model (PVDM), finding the presence of different mass transfer resistances during the adsorption process. For caffeic acid the intraparticle diffusion is controlled by surface diffusion, while for chlorogenic acid both surface and pore volume diffusion are important.