Monografia Carbon Activado (1)

CARBON ACTIVADO: Magia negra en el tratamiento de aguas Ing. Ambiental

I.-INTRODUCCIÓN

El agua es imprescindible para la vida. La necesitan tanto animales y plantas así como el hombre en la agricultura, la ganadería, la industria o la generación de energía. En el hombre constituye el 70% del cuerpo y la utiliza todos los días para satisfacer necesidades fundamentales. A pesar de que se puede vivir con sólo 5 litros o menos de agua al día, generalmente necesitamos mucha más agua para conservarnos saludables; unos 50 litros o más para satisfacer las necesidades personales y del hogar. Pero en los países desarrollados se gasta mucho más, un promedio de 400 a 500 litros por persona diariamente, cantidades que no siempre son un lujo, sin embargo resulta costoso .Las aguas dulces que podemos aprovechar son superficiales, como los ríos, arroyos y lagos; o subterráneas.

El carbón activado es un material poroso carbonáceo con una gran área superficial, es capaz de adsorber una gran diversidad de sustancias tanto gaseosas como líquidas, y es conocido desde principios del siglo pasado, por sus propiedades absorbentes. En la actualidad es ampliamente utilizado para remover el color, olor, sabor y un sin número de impurezas orgánicas durante el tratamiento de agua para el uso domestico e industrial.

El presente trabajo tiene como finalidad, entender en aspecto generales, el carbón activado así como si utilización en el tratamiento de aguas industriales.

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II.-PROBLEMA

III.-OBJETIVOS:

OBJETIVOS GENERALES:

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

IV.-MARCO TEÓRICO

FILTRO DE CARBON ACTIVADO………………HELEN

El Agua con mal sabor y olor debe tratarse a fin de hacerla apta y agradable para beber, cocinar y asearse. Hay dos maneras principales de eliminar estos problemas una de ellas es oxidar el agua, es decir, mezclarla con oxígeno o con sustancias oxidantes. Actualmente los avances de la ciencia se han inclinado por eliminar estos problemas del sabor y olor mediante la absorción de las sustancias que los provocan mediante el carbón activado.

4.1.-CONCEPTO:

Carbón Activo es un tipo de carbón amorfo que se produce al calentar madera u otro material orgánico en ausencia de aire.Se le llama activado debido a que toda la materia carbonizada tiene propiedades adsorbentes, pero el estado de activación que se da a este tipo especial de carbón le confiere propiedades especiales que lo hacen tener una gran capacidad para adsorber ciertas substancias.

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El carbón activado es carbón poroso que se produce artificialmente de manera que exhiba un elevado grado de porosidad y una alta superficie interna. Estas características, junto con la naturaleza química de los átomos de carbono que lo conforman, le dan la propiedad de atraer y atrapar de manera preferencial ciertas moléculas del fluido que lo rodean. A esta propiedad se le llama adsorción; al sólido se le denomina "adsorbente" y a la molécula atrapada, "adsorbato". La unión entre el carbón y el adsorbato se lleva a cabo por medio de fuerzas de London, que son una de las clases de fuerzas de van der Waals. Éstas son relativamente débiles y, por lo tanto, reversibles. Cabe mencionar que algunos compuestos reaccionan con el carbón, en cuyo caso, los productos de la reacción pueden quedar ligados químicamente a la superficie del carbón.El carbón activado, es un compuesto covalente y, por lo tanto, muestra preferencia por moléculas covalentes; es decir, por moléculas que tienden a ser no iónicas y poco polares. Tal es el caso de la mayoría de los compuestos orgánicos. Por lo tanto, el carbón activado se considera un adsorbente casi universal de moléculas orgánicas. Debido a lo anterior una de las principales aplicaciones del carbón activado es la purificación de líquidos y gases contaminados con alguna molécula orgánica

4.3.- GENERALIDADES:

Desde tiempos remotos los Egipcios descubrieron que el carbón de madera podía utilizarse para purificar otros productos e incluso para usarse con fines medicinales. En el siglo XVIII, Sheele reconoce las propiedades de adsorción del carbón en experimentos con gases.

Durante siglos se ha sabido que el agua guardada en barriles quemados conservaba por más tiempo su buen sabor, pero no fue sino hasta el siglo que se desarrolló el verdadero carbón activado para utilizarse en máscaras antiguas en la Primera Guerra Mundial y para decoloración del azúcar. Ambas aplicaciones continúan en la actualidad. En los años 60, varias plantas de tratamiento de aguas empezaron a utilizar carbón activado en polvo (PAC*) o carbón activado granular (GAC*) para el tratamiento del sabor y del olor.

Hoy día está muy extendido su empleo, tanto para eliminar contaminante del agua como del aire; en el agua se emplea cada vez más para eliminar compuestos orgánicos que comunican color, olor y sabor desagradables. Las propiedades de

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adsorción del carbón se deben a su elevada porosidad, que le proporciona una gran superficie.

4.4.-ADSORCION

La adsorción es un proceso por el cual átomos, iones o moléculas son atrapadas o retenidas en la superficie de un material -en contraposición a la absorción, que es un fenómeno de volumen-. Es decir es un proceso en el cual un contaminante soluble (adsorbato) es eliminado del agua por contacto con una superficie sólida (adsorbente). El proceso inverso a la adsorción se conoce como desorción.

La adsorción es un proceso por el cual los átomos en la superficie de un sólido, atraen y retienen moléculas de otros compuestos. Tales fuerzas son conocidas como ― Fuerzas de Van Der Waals. Por lo tanto al ser un fenómeno que ocurre en la superficie mientras mayor área superficial disponible tenga un sólido, mejor adsorbente podrá ser.

El proceso de adsorción con materiales porosos y de elevada área superficial ha resultado el método predominante debido principalmente por su bajo costo inicial, simplicidad del diseño, versatilidad, facilidad de operación, e insensibilidad a sustancias tóxicas.

Entre los adsorbentes destacan los materiales porosos como el carbón activado debido a su gran área superficial, su estructura microporosa altamente desarrollada y su química superficial, propiedades que le confieren una buena capacidad de adsorción para remover diversos contaminantes de agua y en corrientes gaseosas, conteniendo pesticidas, iones metálicos, microcontaminantes orgánicos, entre otros.

La adsorción por carbón activado es una tecnología bien desarrollada capaz de eliminar eficazmente un amplio rango de compuestos tóxicos. Produciendo un efluente de muy alta calidad.

4.5.-CLASIFICACIÓN DE LOS DIFERENTES TIPOS DE CARBÓN ACTIVADO

Un carbón activado tiene una superficie activa de 1,000 a 1,200 mts2/gr, lo cual significa que un gramo de carbón activado tiene una superficie activa similar al área de un campo de fútbol soccer.

El tipo de material con el que se produce el carbón activado afecta el tamaño de los poros y las características de regeneración del carbón activado. Los dos tipos de clasificación son: carbón activado en polvo, con diámetro menor o igual a 0.25mm y el carbón granular, con diámetro superior a los 0.25mm.

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Macroporos y mesoporos en los gránulos de carbón activado.

Otra clasificación de los poros, es la de la IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemists), que se basa en el diámetro de los mismos, de acuerdo a lo siguiente:

Microporos: menores a 2 nm

Los microporos tienen un tamaño adecuado para retener moléculas pequeñas, que aproximadamente corresponden a compuestos más volátiles que el agua, tales como olores, sabores y muchos solventes.

mesoporos: entre 2 y 50 nm

Los mesoporos son los apropiados para moléculas intermedias entre las anteriores.

macroporos: mayores a 50 nm (típicamente 200 a 2000 nm)

Los macroporos atrapan moléculas grandes, tales como las que son coloridas o las sustancias húmicas -ácidos húmicos y fúlvicos- que se generan al descomponerse la materia orgánica.

Por lo tanto, la capacidad de un carbón activado para retener una sustancia determinada, no solo está dada por su área superficial, sino por la proporción de poros

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cuyo tamaño es el adecuado: una a cinco veces el diámetro de la molécula de dicha sustancia.

También, si el carbón tiene gran afinidad por la adsorción específica de un compuesto, la cantidad que puede remover de éste, es de hasta 60 gramos de contaminante por cada 100 gramos de carbón activado y por estas cualidades se ha dicho que el uso del carbón es la mejor tecnología disponible en este momento para la remoción de contaminantes del aire y del agua.

En el proceso de activación el carbón se puede separar o dividir en diferentes tamaños con diferente capacidad de adsorción. Los dos tipos de clasificación son: C.A en polvo(con diámetro < al tamiz 200), y granular (con diámetro > 0.1 mm). Tienen unaestructura formada por placas grafiticas (Metcalf & Eddy, 1996)

4.6.-MATERIAS PRIMAS USADAS PARA LA PREPARACIÓN DEL CARBÓN ACTIVADO

El carbón activado se prepara a partir de diferentes materiales como por ejemplo carbón, turbas, madera, petróleo, etc., calentados a altas temperaturas, rondando los 1000 grados, en ausencia de oxígeno. El resultado es una sustancia con millones de poros microscópicos en su superficie. El enorme conjunto de poros ofrece una gran área superficial que facilitará el proceso de adsorción de partículas. Mediante este proceso las partículas quedarán adheridas a la superficie del carbón. Ideal para retener compuestos orgánicos.

Las materias primas usadas en la producción de carbón activado son:

o Carbón betuminoso

o Huesos

o Cáscara de coco

o Lignita

o Turf

o Residuales de petróleo

o Azúcar

o Madera

o Carozo de aceituna

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o Carozo de durazno

4.7.-TIPOS DE CARBONES ACTIVADOS:…………….BRIGITE

Los carbones activos pueden clasificarse atendiendo al tamaño de las partículas en carbón activado en polvo (CAP) y carbón activado granular (CAG).

Carbón en polvo (CAP):

Los CAP presentan tamaños menores de 100 micrómetros, siendo los tamaños típicos entre 15 y 25 micrómetros.

El carbón en polvo generalmente se utiliza en combinación con los tratamientos de clarificación. Inyectado de forma continua en el agua con reactivos de floculación, se

introduce en los flóculos y seguidamente se extrae del agua con ellos. Para esta extracción, se recomienda a veces recurrir a una filtración directa, si bien es preferible utilizar un decantador de recirculación de fangos o, mejor aún, de lecho de fangos. Con estos aparatos se aumenta notablemente el tiempo de contacto entre el agua y el carbón y, por lo tanto, se consigue una mejor aproximación al equilibrio. Otra forma de aplicación es añadir carbón activo en polvo al efluente del tratamiento biológico. El carbón, en este caso, es añadido al efluente en un tanque de contacto. Una vez transcurrido el tiempo deseado se deja que el carbón sedimente en el fondo del tanque y seguidamente se extrae del mismo el agua tratada. Puesto que el carbón está pulverizado, puede necesitarse un coagulante para facilitar la eliminación de las partículas de carbón, o bien requerirse una filtración a través de filtros rápidos de arena.

Como se ha indicado, el carbón activo puede utilizarse igualmente para afino de aguas industriales de elevada pureza (tratamiento de condensados, agua de aclarado en la industria electrónica, etc.).

Propiedades físicas más importantes:

Las propiedades físicas de un carbón activo en polvo (PAC) más importantes son la filtrabilidad y la densidad global o aparente. Si el carbón atraviesa un filtro, contamina el agua tratada. La capacidad de un carbón para

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ser separado por filtración se controla a través de la forma de sus partículas y de la distribución de tamaños. La densidad aparente es la masa de carbón por unidad de volumen. A mayor densidad global, mayor capacidad para eliminar un adsorbato por unidad de volumen de adsorbente.

Ventajas:

o Los carbones activos en polvo son, aproximadamente, de dos a tres veces más baratos que los carbones en grano.

o Pueden dosificarse en exceso, en caso de puntas de contaminación. o Precisan inversiones reducidas. Cuando el tratamiento consiste sólo en una

etapa de floculación-decantación basta prever un simple equipo de dosificación de carbón activo.

o Su cinética de adsorción es rápida, puesto que su superficie es fácilmente accesible.

o El carbón activo favorece la decantación, al espesar el flóculo.

Inconvenientes :

o El carbón activo no puede regenerarse cuando se recupera en mezcla con fangos de hidróxidos, por lo que debe preverse la pérdida de este material después de su utilización. Cuando se utiliza carbón activo sólo (en ausencia de coagulantes minerales) puede recurrirse a la técnica de regeneración en lecho fluidizado que, sin embargo, conlleva pérdidas muy elevadas. Es difícil eliminar las últimas trazas de impurezas, sin añadir un exceso de carbón activo.

Ventajas y desventajas de carbón activo en polvo y en lechos filtrantes en grano

Empleando carbón en polvo se puede escoger la calidad y tipo de éste, así como ladosis a emplear según el contaminante a eliminar, es decir su empleo ofrece granflexibilidad y disponibilidad mientras que el empleo del carbón granular a través defiltración, requiere estructuras más complejas y de mayor costo inicial de instalación, asícomo la necesidad periódica de regeneración del carbón activo, una vez agotada sucapacidad de adsorción.Para un empleo discontínuo, se utiliza generalmente el carbón en polvo.Los principales inconvenientes del carbón en polvo, es que su dosis depende de laconcentración de equilibrio del contaminante residual en el agua, es decir depende dela pendiente de la isoterma y del porcentaje de eliminación que se desea conseguir delcontaminante. Si se quiere eliminar porcentajes entre el 80 y 98 % del contaminanteinicial, es más aconsejable el empleo de carbón en grano en filtros, sin olvidar que en el caso de los filtros de carbón, la mayor eliminación, puede suponer un alargamiento delfrente de adsorción dentro del lecho filtrante.El carbón en granos en lechos filtrantes se ve más afectado por la variaciones en laconcentración de los contaminantes. En estos filtros de carbón unos contaminantespueden fijarse en

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mayores cantidades que otros y por otra parte algunos contaminantespueden desplazar a otros ya adsorbidos (desorción).En los lechos de carbón activo de los filtros puede tener lugar la proliferación dedeterminados microorganismos.La filtración por carbón activo requiere instalaciones con estructuras más complejas yde mayor costo inicial.Una de las grandes ventajas del carbón activo es la no-pérdida o eliminación delproducto, al poder regenerarse

Carbón activado granular (CAG):

Los CAG presentan un tamaño medio de partícula entre 1 y 5 mm. Los CAG pueden dividirse en dos categorías:

a) carbón activado troceado (o sin forma) y

b) carbón activado conformado (o con una forma específica, cilindros, discos, etc.).

Los carbones activados troceados se obtienen por molienda, tamizado y clasificación de briquetas de carbón o de trozos más grandes. Los carbones conformados pueden obtenerse por peletización o por extrusión de carbón en polvo mezclado con distintos tipos de aglomerantes. Existen además otras formas de adsorbentes de carbón, como las fibras de carbón activadas, las telas y los filtros de carbones activados, las estructuras monolíticas, las membranas de carbón, etc.

El carbón en grano se utiliza en forma de lecho filtrante atravesado por el agua a tratar, cuyas impurezas se someten así a una extracción metódica. En efecto, el agua, progresivamente liberada de sus contaminantes, encuentra fracciones de carbón activo cada vez menos saturadas y, por lo tanto, cada vez más activas.

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Propiedades físicas mas importantes:

Para los carbones granulares (GAC) las propiedades físicas más importantes son la dureza y el tamaño de partícula. Buena parte del costo de operación con los carbones en grano se debe a las pérdidas por atrición durante el manejo y la regeneración. Las pérdidas son menores en los carbones más duros. También la friabilidad del carbón usado en los lechos determina la velocidad con que las partículas se rompen y se hacen más pequeñas, perdiéndose durante la operación de lavado del lecho o escapando del mismo durante el funcionamiento normal, como sucede con otros medios porosos.

Selección preliminar del carbón activado granular

La primera consideración en el diseño de un sistema de adsorción con carbón activado granular es la selección del carbón. La manera más precisa de realizarla es mediante pruebas dinámicas en columnas Piloto. Sin embargo, éstas requieren de mucho tiempo, y el pretender aplicarlas a toda la gama de carbones que puede haber disponibles en el mercado, sería muy costoso y Poco práctico.

Como alternativa, puede empezarse por una preselección rápida de solo aquellos carbones de los que a priori pueden esperarse los mejores resultados. Después de ésta, pueden hacerse los estudios detallados que permitan detectar el carbón activado granular idóneo de entre aquellos que se habían elegido.

La selección Preliminar mencionada puede hacerse basándose en:

o La materia prima de la que parte el carbón activado granular. o Las especificaciones y normas de calidad. o Isotermas de adsorción.

En cuanto a la materia prima, ya que ésta determina el tamaño de los poros predominantes de un carbón activado, es posible predecir el tipo de moléculas que se retendrán de manera preferencial. Por lo tanto, de acuerdo a la materia prima, y conociendo la composición de los contaminantes presentes en el agua, se puede hacer una selección preliminar del tipo de carbones más adecuados.

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La segunda propiedad del carbón activado granular en orden de importancia es la dureza, que también depende de la materia prima. Cuando la mayoría de los contaminantes son de bajo peso molecular, el carbón activado granular más adecuado, por su diámetro de poros, suele ser de concha de coco. Al ser éste el de mayor dureza no existe conflicto al respecto.

Por otro lado, si los contaminantes son de alto peso molecular, los carbones de madera o los ligníticos son los más apropiados. Aquí surge el problema de la falta de dureza de los mismos. En este caso puede requerirse que éstos se hayan sometido a un proceso de peletización que les brinde la dureza que no tienen de manera natural.

Respecto a las especificaciones, son propiedades del carbón activado granular que reporta el fabricante, y que, entre otras cosas, sirven como apoyo en la preselección de carbones. Por otro lado, son un complemento que se toma en cuenta, además de los resultados de otras pruebas, para elegir el carbón más conveniente desde el punto de vista de costo-beneficio. Por ejemplo, una de las especificaciones es el contenido de humedad; mientras mayor es ésta, menor es el porcentaje de carbón neto que suministra el fabricante y, por lo tanto, el precio neto es mayor.

Finalmente, las isotermas de adsorción son resultados de estudios con los que se determina la máxima capacidad que tiene un adsorbente en la retención de un soluto o de una mezcla de solutos. Los datos de isotermas de adsorción pueden encontrarse en la literatura, o bien pueden determinarse mediante pruebas relativamente sencillas.

El empleo de lechos de carbón se está extendiendo cada vez más en el tratamiento delagua potable, a veces sustituyendo en los filtros convencionales de arena, este materialpor carbón, como solución más económica, aunque no la más recomendable, loaconsejable es colocar los filtros de carbón tras la filtración por lechos de arena.El tiempo de contacto generalmente aceptable en los filtros de carbón es del orden de 5a 10 minutos para un espesor del lecho de 1 metro y una velocidad superficialgeneralmente algo mayor a los 12 m/h. El tamaño de los granos oscila entre 0.55 a 1.35mm. En cuanto al lavado a contracorriente de estos lechos, hay que preveer unresguardo suficiente de cara a la expansión que suele variar entre el 20% y el 40% delespesor inicial.En la adsorción de sustancias orgánicas por el carbón puede darse el fenómeno de ladesorción, que es el desprendimiento de la sustancia que había

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sido adherida alcarbón, por otras moléculas con algún grupo funcional que se adhiere másestrechamente al carbón. Finalmente, hay que considerar que en los lechos de carbónactivo pueden quedar atrapados diversos microorganismos.

Están diseñados para la filtración de líquidos, adsorbiendo la materia orgánica, que esla causante del olor, color o sabor en el agua. También ayudan a retener acidez,alcalinidad e hidrocarburos (Acosta, 2000).Según Instapura, (2000) las sustancias orgánicas que pueden pasar másfrecuentemente a través de un lecho de CA, son moléculas orgánicas hidrófilas, comolos carbohidratos y algunas otras sustancias muy oxigenadas.Estos filtros además se utilizan para reducir efectivamente el sabor y el olor queproduce el cloro en el agua. El agua entra por la parte superior del filtro pasa por toda lacama del carbón activado granular, logrando así un máximo tiempo de contacto y enconsecuencia una adsorción excelente.Beneficios:

Altos flujos Larga vida: no se corroen. Mayor cantidad de agua filtrada entre retrolavados. Menor desperdicio de agua en retrolavados. Tanques de menor diámetro

El CARBÓN ACTIVADO GRANULADO se usa en el tratamiento de agua potable sustituyendo a los filtros de arena o como complemento de estos en una segunda etapa de filtración. En el primer caso el CARBÓN ACTIVADO GRANULADO actúa como filtro mecánico y adsorbente, mientras que en el segundo caso solo funcionaría como adsorbente con una mayor eficiencia en la retención del micro contaminante.El CARBÓN ACTIVADO GRANULADO retiene materia orgánica, algas, detergentes, pesticidas, y en general todos los compuestos que causan problemas de olores y sabores en las aguas destinadas al abastecimiento de poblaciones.

Cuando las aguas presentan problemas por la presencia de iones de hierro y manganeso, el tratamiento consiste en la oxidación bien con oxígeno atmosférico bien con agentes oxidantes y una posterior filtración en CARBÓN ACTIVADO GRANULADO o antracita.

4.8.-METODOS DE ACTIVACION……..ALITHU

a) Activación térmica:

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Llamada también activación física, a pesar de que la activación se produce por la reacción (química) del agente activante (un oxidante como el aire, vapor de agua, CO2, etc.) con el carbono del material que está siendo activado. Este tipo de activación consta de varias etapas. Así, a veces son necesarios ciertos pretratamientos como la molienda y el tamizado para obtener un tamaño adecuado del precursor. Si el precursor es un carbón coquizable será necesario entonces una etapa de oxidación para eliminar las propiedades coquizables. En otras ocasiones el material de partida es molido hasta formar un fino polvo, después compactado con algún aglomerante en forma de briquetas y luego vuelto a moler hasta obtener el tamaño deseado. De esta forma se consigue una mejor difusión del agente activante y por tanto una mejor porosidad en el carbón activado resultante. Otra etapa previa a la activación propiamente dicha es la carbonización, en la cual el precursor es sometido a elevadas temperaturas (del orden de los 800 ºC) en ausencia de aire, para eliminar las sustancias volátiles y dejar un residuo carbonoso que será el que se someta a la activación. Durante la desvolatilización, la salida de los gases y vapores del precursor produce una porosidad “incipiente” en el carbonizado, la cual se desarrolla aun más durante la etapa de activación. La activación propiamente dicha puede ser un proceso totalmente independiente de la carbonización o llevarse a cabo a continuación de ésta.

Consiste en hacer reaccionar al agente activante con los átomos de carbono del carbonizado que está siendo activado; de forma que se produzca un “quemado selectivo” que va horadado progresivamente al carbonizado, generando poros y aumentando la porosidad hasta transformarlo en un carbón activado. Los agentes activantes que se suelen usar son: Oxígeno (raramente a escala industrial) aire, vapor de agua (el más usado) y CO2. Estos agentes dan lugar a las siguientes reacciones químicas que eliminan átomos de carbono produciendo así la porosidad.

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C +O2 --> CO2

2C +O2 --> 2CO

C + H2O < == > H2 + CO

C + CO2 < == > 2CO


Diagrama de los diferentes procesos que pueden tener lugar en la activación térmica

b) Activación química:

Este tipo de activación el precursor se hace reaccionar con un agente químico activante. En este caso la activación suele tener lugar en una única etapa a temperaturas que pueden variar entre 450 y 900 ºC. No obstante, en este tipo de activación, es necesaria una etapa posterior de lavado del carbón activado para eliminar los restos del agente activante. Existen numerosos compuestos que podrían ser usados como agentes activantes, sin embargo los más usados industrialmente son el cloruro de zinc (ZnCl2), el ácido fosfórico (H3PO4) y el hidróxido de potasio (KOH).

La activación química con ZnCl2 fue el método más usado hasta 1970, especialmente para la activación de residuos de madera. Su uso, sin embargo, se ha restringido mucho en la actualidad debido a los problemas medioambientales que conlleva el uso del ZnCl2. No obstante algunos países como China aun siguen usando este método para producir carbón activado.

La activación química con H3PO4 prácticamente ha desplazado al ZnCl2 y los precursores usados en este tipo de activación son en su mayoría, como en el caso del ZnCl2, residuos forestales (madera, cáscara de coco, hueso de aceituna, etc.). La activación con H3PO4 implica las siguientes etapas: molienda y clasificación del material de partida, mezcla del precursor con

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H3PO4 (reciclado y fresco), tratamiento térmico en atmósfera inerte entre 100 y 200 ºC, manteniendo la temperatura aproximadamente 1h, seguido de un nuevo tratamiento térmico hasta 400 – 500 ºC, manteniendo esta temperatura en torno a 1h, lavado, secado y clasificación del carbón activado, y reciclado del H3PO4. La proporción H3PO4:precursor más empleada suele ser 1:5 (aunque proporciones diferentes dan lugar a carbones con distintas propiedades), el rendimiento en carbón activado suele ser del 50%.

La activación química con KOH se desarrollo durante los años 70, para producir los denominados “carbones superactivados”, con superficies específicas del orden de los 3000 m2/g. A diferencia de los otros dos agentes activantes, los precursores preferibles par la activación con KOH son aquellos de bajo contenido en volátiles y alto contenido en carbono, como los carbones minerales de alto rango, carbonizados, coque de petróleo, etc. En esta activación el KOH se mezcla con el precursor, en una suspensión acuosa o mediante una simple mezcla física, en proporciones KOH: precursor entre 2:1 y 4:1. Cuando la impregnación tiene lugar en medio acuoso, la activación se lleva a cabo en dos tratamientos térmicos consecutivos en atmósfera inerte. El primero a temperaturas bajas, pero superiores a los 200 ºC (que se utiliza solo para evaporar el agua y dispersar el KOH) y el segundo entre 700 y 900 ºC. En el caso de una mezcla física no es necesario llevar a cabo el primer tratamiento.

Diagrama de la activación química

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4.9.-EL CARBON ACTIVADO EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS

La aplicación de carbón activado constituye un tratamiento terciario y tiene por propósito obtener una calidad de efluente mejor que la conseguida en los tratamientos primarios y secundarios convencionales. Su aplicación se realiza en lechos empacados, tipo columnas, cargados con gránulos del material adsorbente (carbón activado) y se bombea, a través del filtro empacado, el efluente a tratar. A medida que el agua fluye a través de la columna, los químicos se adsorben a la superficie porosa de los gránulos. Cuando la superficie disponible del carbón activado se llena de químicos, se dice que el carbón está gastado. Este carbón gastado debe reemplazarse o limpiarse para permitir que el filtro se reutilice.

La limpieza del carbón gastado comprende el calentamiento del carbón y el bombeo de aire limpio a través del mismo. El calor suelta los químicos del carbón, y el aire los expulsa de la columna

- Factores que influyen en la adsorción de compuestos presentes en el agua:

El tipo de compuesto que desee ser eliminado. Los compuestos con elevado peso molecular y baja solubilidad se absorben más fácilmente.

La concentración del compuesto que desea ser eliminado. Cuanto más alta sea la concentración, más carbón se necesitará.

Presencia de otros compuestos orgánicos que competirán con otros compuestos por los lugares de adsorción disponibles.

El pH del agua. Por ejemplo, los compuestos ácidos se eliminan más fácilmente a pHs bajos.

4.10.-CLORACIÓN Y TRATAMIENTO CON CARBÓN ACTIVADO: …CARLOS

Uno de los usos más extendidos del carbón activado, es para la remoción del cloro residual en las aguas potables. La posible reacción entre el carbón y el cloro es:

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C(s) + 2H2O(l) +Cl(2) ⇒ CO2(g) + 4HCl(l)

Además de remover el cloro residual que el agua pueda contener, el carbón también adsorbe otras impurezas del agua y le comunica mejores propiedades organolépticas al agua, por lo que su uso es muy difundido.

La razón de remover el cloro, es que este desinfectante es necesario que se encuentre presente en cantidades de 0.5 a 1.5 ppm para evitar que se desarrollen microorganismos en el agua que se empleará posteriormente. Cuando el agua se va a consumir o a emplear en una siguiente etapa, una vez cumplida su función, el cloro debe removerse, pues este desinfectante le comunica sabor al agua que puede ser desagradable para algunos consumidores, o puede interferir en el uso que posteriormente se da a al agua.

Por ejemplo: es indispensable que el agua tenga cloro residual en el rango apropiado cuando sale de una potabilizadora que surte agua a la ciudad. El cloro residual no permite que se desarrollen bacterias o microorganismos que pueden estar presentes en las tuberías que conducen el agua desde la planta hasta los diferentes lugares de consumo, y de esta manera el agua de que dispone el consumidor es completamente segura. Si se va a consumir el agua para beber, el cloro ya no tiene ninguna función, por lo que es deseable remover el cloro residual, lo cual se puede hacer pasando antes el agua por un filtro de carbón.

De manera similar, por ejemplo en la industria de elaboración de bebidas (refrescos, cerveza, vinos, jugos, lácteos, agua purificada, etc.), la remoción del cloro residual no solo es conveniente sino indispensable, ya que el carbón activado no solo remueve sabores y compuestos indeseables, sino que el cloro químicamente es muy activo y puede reaccionar con aditivos del producto, deteriorando la calidad de éstos, o arruinándolos por completo.

DECLORACIÓN

Una de las principales funciones del CARBÓN ACTIVADO GRANULADO es la Decloracion que también se conoce como la eliminación de cloro libre del agua. Este agente no procede directamente de las fuentes de captación del agua naturales del agua como son los ríos, embalses, lagos, pozos etc. Tampoco es un agente contaminante sino que es componente químico que se agrega al agua para cumplir la tarea de desinfectar, en ocasiones controlar olor y sabor, controlar el aumento o crecimiento biológico y eliminar amoniaco.

El cloro puede adicionarse al agua en forma de cloro líquido, tabletas o gránulos de hipoclorito de calcio o en soluciones de hipoclorito de sodio, su objetivo es el mismo

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independiente de la presentación en que se aplique quedando el cloro disuelto en forma de ácido hipocloroso (HOCl).

Una vez terminada la etapa de desinfección es necesaria la eliminación del cloro residual, no solo porque es toxico para el ser humano sino porque agrega mal sabor y olor al agua, interviene en la mayoría de procesos industriales, ataca la mayoría de resinas de intercambio iónico utilizadas en desmineralizadores y suavizadores y daña las membranas en los equipos de osmosis inversa.

El CARBÓN ACTIVADO GRANULADO en un lecho fijo, es el agente reductor de cloro más comúnmente usado y mediante una compleja reacción química el CARBÓN ACTIVADO GRANULADO actúa como quimiadsorbente, al mismo tiempo que adsorbe la materia orgánica presente y elimina el cloro residual del agua.

CONTÁCTENOS y reciba una detallada descripción de la reacción química que ocurre en la eliminación de cloro residual, y algunas de las condiciones que afectan la decloración.

4.11.-PRINCIPALES USOS DEL CARBÓN ACTIVO

Los usos más destacados por su especificidad, o por lo extendido en el área del tratamiento de agua (García, 1988).

Separación para agua potable, de contaminantes orgánicos, biológicos, eliminándolas propiedades organolépticas molestas, color, olor, sabor.

En abastecimientos de aguas subterráneas, a veces se presenta una contaminación especial debido a aceites minerales.

Filtración de los lodos producidos como consecuencia de los procedimientos de separación de hierro y Manganeso por medio de la adición de agentes oxidantes.

Tratamientos de acabados posterior a la cloración de aguas potables.

Existen en el mercado una amplia variedad de tipos de carbón activado, para usos específicos. Las aplicaciones de los diferentes tipos de carbón pueden ser para aspectos tales como:

⇒Remoción de color, olores y sabores indeseables en líquidos y bebidas como: refrescos, cerveza, vinos,jugos, vinagre, etc.

⇒ En la clarificación de jarabes y azúcar refinada

⇒ En mejorar las propiedades de diferentes líquidos en la industria de alimentos.

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⇒ En la remoción de contaminantes en aguas potables y residuales tratadas y no tratadas.

⇒ En la remoción de contaminantes en emisiones gaseosas.

⇒ En la filtración y acondicionamiento de aire en lugares públicos y cerrados

V.-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones HASTA LAS CONCLUIONES

El carbón activado es una serie de carbones porosos preparados artificialmente para que exhiban un elevado grado de porosidad y una alta superficie interna.

La capacidad de un carbón activo para retener una sustancia determinada no solo está dada por su área superficial, sino por la proporción de poros cuyo tamaño sea el adecuado, es decir, de una a cinco veces el diámetro de la molécula de dicha sustancia.

La actividad del carbón activado en los procesos de absorción viene dada fundamentalmente, por la naturaleza de la materia prima y el proceso de activación utilizado en la producción del mismo.

Hay dos tipos de activaciones: Activación térmica y activación química La activación térmica o física es el resultado de la gasificación del material carbonizado a temperaturas elevadas, mientras que la porosidad que se obtiene en la activación química es generada por deshidratación química que tienen lugar a temperaturas mucho más bajas.

VI.-REFERENCIAS

http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/bitstream/handle/123456789/827/ ADSORCION_COMPUESTOS_AROMATICOS_CARBON_ACTIVADO_PAREDES_DOIG_ANA.pdf?sequence=1

http://www.beberaguapura.com/cag.php http://repositorio.uis.edu.co/jspui/bitstream/123456789/6698/2/136460.pdf http://www.slideshare.net/renatolachira/carbn-activado

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http://www.slideshare.net/renatolachira/carbn-activado

http://repositorio.uis.edu.co/jspui/bitstream/123456789/6698/2/136460.pdf

http://www.beberaguapura.com/cag.php

http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/bitstream/handle/123456789/827/ADSORCION_COMPUESTOS_AROMATICOS_CARBON_ACTIVADO_PAREDES_DOIG_ANA.pdf?sequence=1




http://www.carbotecnia.info/carbon%20activado.htm

VII.-ANEXOS

20

http://www.carbotecnia.info/carbon%20activado.htm

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Monografia Carbon Activado (1)