Post on 26-Jul-2015
Juan Carlos Moreno Dr.Liliana Giraldo Dra.
Nelson Giovanny Rincon Silva
Figura 1 Representación esquemática de un carbón activado.Tomada de “Adsorción Física de gases y vapores por carbones”. (Martínez, M, 1990:27)
POROS DIMENSIONES
MICROPOROS Menores 2 nm
ESTRECHOS
0.7 nm
ANCHOS
0.7-2 nm
MESOPOROS Entre 2-50 nm
MACROPOROS Mayores 50 nm
Protección antiradiactiva en plantas nucleares
Soporte catalítico y catalizador
Separación de elementos metálicos
Purificación de plasma
sanguíneo
Purificación de grasas y aceites
Medicamento en la desintoxicación
Decoloración y mejora de bebidas
alcohólicas
Tratamientos de aguas residuales
Decoloración de licores de azúcar
Purificación del aire
Potabilización en el agua
(Remoción de olor, color,
sustancias químicas, bacterias)
Protección antiradiactiva en plantas nucleares
Soporte catalítico y catalizador
Separación de elementos metálicos
Purificación de plasma
sanguíneo
Purificación de grasas y aceites
Medicamento en la desintoxicación
Decoloración y mejora de bebidas
alcohólicas
Tratamientos de aguas residuales
Decoloración de licores de azúcar
Purificación del aire
Potabilización en el agua
(Remoción de olor, color,
sustancias químicas, bacterias)
Fenómeno de superficie que involucra la acumulación de sustancias sobre una
superficie o interfase
Fenómeno de superficie que involucra la acumulación de sustancias sobre una
superficie o interfase
Semilla-Eucalyptus globulus Labil
Eucalipto (Eucalyptus globulus)
Precursor (Material lignocelulósico)
Tiene 100 metros de altura y un diámetro de 2.5 metros.
Corteza externa de color café oscuro escamosa.
Corteza interna es lisa y café clara.
Especie propia de bosque húmedo montano bajo y bosque seco.
Eucalipto (Eucalyptus globulus)
Precursor (Material lignocelulósico)
Tiene 100 metros de altura y un diámetro de 2.5 metros.
Corteza externa de color café oscuro escamosa.
Corteza interna es lisa y café clara.
Especie propia de bosque húmedo montano bajo y bosque seco.
Fuente: Juan Carlos Moreno
Secado y trituración
Precursor: Eucalipto
Activación Química
Impregnación cloruro de zinc y acido sulfúrico (NaOH
– H3PO4)
Carbonización 550 º C
(N2)
10% m/V
25% m/V
ACA10
28% V/V
10% V/V
ACS10
ACS25
ACA28
Fuente: Autores
CarbónAB.E.T.
(m2 g-
1)
Ecuación D.R.
Vµporo
(cm3 g-1)
Vmesoporo
(cm3 g-1)
Vtotal
(cm3 g-1)
E0
(kJ mol-1)
ACA10 120 0,084 0,511 0,595 6,920ACA28 70 0,002 0,008 0,011 2,301ACS10 220 0,125 0,005 0,130 8,354ACS25 300 0,139 0,007 0,146 10,946
Tipos de grupos superficiales oxigenados en carbón activado.
Tomada y adaptada de “Rodríguez Reinoso, Año 2007.
CarbónAcidez Total
(meq g-1)
Basicidad Total
(meq g-1)pHPCC
ACA10 0,116 0,110 6,5ACA28 0,162 0,108 6,6ACS10 0,057 0,178 6,9ACS25 0,092 0,238 7,0
Fuentes: http://www.fespinal.com/espinal/llib/es141.pdf, geogalia.blogspot.com/2011/03/informacion-sob
Fuentes: informescontaminacion2010.blogspot.com/2010/0, http://radio.rpp.com.pe/cuidaelagua/files/2008/09/conta.jpg
Fuentes: informescontaminacion2010.blogspot.com/2010/0, http://radio.rpp.com.pe/cuidaelagua/files/2008/09/conta.jpg
CONTAMINANTE
S
CONTAMINANTE
S
Solventes
Aromático
s
Surfactant
esCompuesto
s
Fenólicos
Pesticida
s
Herbicida
s
Colorantes
Orgánicos
CONTAMINANTE
S
CONTAMINANTE
S
Solventes
Aromático
s
Surfactant
esCompuestos
Fenólicos
Pesticida
s
Herbicida
s
Colorantes
Orgánicos
FENOLManufactura de nylon
Antiséptico
Fungicida
Bactericida
Desinfectante
4-NITROFENOL 4-CLOROFENOL
Masa molecular: 139.1 g/mol Masa molecular: 128.6 g/molSolubilidad en agua: 1.7 g/L Solubilidad en agua: 27 g/LClasificación de Peligros NU: 6.1 Clasificación de Peligros NU:
6.1Pka: 7.15 Pka: 9.37Tamaño molecular: 6.84 x 4.17 Tamaño molecular: 6.47 x 4.17
Modelo de Langmuir
Modelo de Redlich-Peterson
Modelo de Dubinin-Raduskevich-Kaganer
Modelo de Freundlich
Carbón
Langmuir FreundlichDubinin-
Raduskevich-Kaganer
Qmáx
mg g-1
K (L mg-1) R2
kf (mg1-1/n
L1/ng-1) 1/n R2 Qm DRK ES R2
ACA10 29,4 0,008 0,98 1,79 0,442 0,97 31,2 19,44 0,97
ACA28 21,7 0,008 0,98 1,64 0,387 0,97 22,2 17,78 0,97
ACS10 27,0 0,011 0,99 3,73 0,280 0,96 28,5 18,80 0,98
ACS25 55,5 0,010 0,98 2,84 0,436 0,97 48,5 19,44 0,98
Carbón
Langmuir Freundlich Dubinin-Raduskevich-Kaganer
Qmáx
mg g-1
K (L mg-1) R2
kf (mg1-
1/n
L1/ng-1) 1/n R2 Qm DRK ES R2
ACA10 17,5 0,014 0,99 4,92 0,175 0,99 15,1 9,76 0,96
ACA28 27,0 0,005 0,99 1,06 0,453 0,97 18,5 10,35 0,90
ACS10 55,0 0,007 0,99 5,59 0,312 0,96 45,4 11,36 0,98
ACS25 137,0 0,031 0,98 21,97 0,285 0,99 122,8 12,57 0,84
Carbón
Langmuir FreundlichDubinin-
Raduskevich-KaganerQmáx
mg g-1
K(L mg-1)
R2kf (mg1-1/n
L1/ng-1)1/n R2 Qm DRK ES R2
ACA10 77,0 0,016 0,98 13,29 0,2440,99
56,5 21,14 0,90
ACA28 83,3 0,011 0,97 6,98 0,3670,99
75,3 17,78 0,95
ACS10 125,0 0,028 0,99 28,44 0,2160,96
101,6 22,36 0,93
ACS25 200,0 0,032 0,98 29,81 0,2800,98
155,5 20,20 0,93
pH de solución de los sistemas4-nitrofenol 4-clorofenol
6,5-7,1 6,9-7.76,7-7,0 6,1-6,4
Mecanismos de Adsorción: Interacciones - de dispersión: 4-clorofenol y 4-nitrofenol: anillo aromático paralelo a las capas grafenicas de la superficie del carbón
Grupos Nitro y Cloro: Desactivadores del anillo aromático, por tanto mejoran las interacciones .
Mecanismos de Adsorción: Formación de puentes de H
Grupo Nitro más hidrofóbicos que grupo Cloro
Mecanismos de Adsorción: Formación de complejos donadores-aceptores de e-.
Oxigeno grupo carbonilo de la superficie del carbón actúa como donador de e- y el anillo aromático del adsorbato actúa como aceptor.
4-NITROFENOL 4-CLOROFENOL
Solubilidad en agua: 1.7 g/L
Solubilidad en agua: 27 g/L
Tamaño molecular: 6.84 x 4.17
Tamaño molecular: 6.47 x 4.17
Poros extremadamente pequeños pueden ser inaccesibles para las moléculas de 4- nitrofenol (efecto tamiz molecular)
La parte interior de los poros no puede ser alcanzado debido a la obstrucción de las moléculas adsorbidas
Las moléculas no pueden ser compactadas en los poros debido a la introducción de grupos nitro
Se prepararon carbones activados mediante activación química, que varían sus propiedades fisicoquímicas, para las áreas superficiales aparentes se encontraron valores de 300 m2g-1 para la muestra ACS25 y del orden de 70 m2g-1 para ACA28, es decir mayores para los carbones activados con cloruro de zinc. Los carbones activados presentan valores para la adsorción de los derivados fenólicos del estudio de 55,5, 137,0 y 200,0 m2g-1 para fenol, 4-nitrofenol y 4-clorofenol respectivamente, aspecto relacionado directamente con la distribución de tamaños de poro, química superficial de las muestras y el pH de la solución.
Las isotermas de adsorción ajustan a los modelos utilizados, no obstante se obtiene un mejor ajuste en el modelo de Langmuir, de manera que se puede afirmar que la adsorción se presenta en sitios específicos localizados sobre la superficie del adsorbente y que posiblemente no exista interacción entre las moléculas de fenol adsorbidas adyacentes.
La adsorción se favorece para los derivados monosustituidos respecto del fenol, porque la química superficial, las propiedades texturales de los carbones y la solubilidad de los compuestos favorecen la adsorción de derivados fenolicos sustituidos
Se analizaron los mecanismos de adsorción, donde se demuestra que la interacción de los electrones tiene un papel fundamental, por encima del mecanismo de formación de complejos donadores-aceptores de e-.
El adsorbato que más se retuvo en los carbones activados fue el 4-clorofenol, debido principalmente al bajo impedimento estérico del grupo cloro.
Este trabajo se realizó gracias al convenio entre la Universidad de los Andes y la
Universidad Nacional de Colombia, y a los departamentos de Química de las
Universidades mencionadas
A.C. Lua, Q.P. Jia, Adsorption of phenol by oil-palm-shell activated carbons in a fixed bed, Chem. Eng. J. 150 (2009) 455–461. M. Radhika, K. Palanivelu, Adsorptive removal of chlorophenols from aqueous solution by low cost adsorbent-kinetics and isotherm analysis, J. Hazard. Mater. B138 (2006) 116–124.Qing-Song Liu, Tong Zheng, Peng Wang∗, Ji-Ping Jiang, Nan Li Adsorption isotherm, kinetic and mechanism studies of some substituted phenols on activated carbon fibers, Chemical Engineering Journal 157 (2010) 348–356Rodriguez Reinoso, F. (2007). El Carbón Activado como Adsorbente Universal. En J. Moreno Pirajan, Sólidos Porosos: preparación, Caracterización y Aplicaciones (págs. 1-43). Colombia, Bogotá: Ediciones UniandesL. Li, P.A. Quinlivan, D.R.U. Knappe, Effects of activated carbon surface chemistry and pore structure on the adsorption of organic contaminants from aqueous solution, Carbon 40 (2002) 2085–2100.].A.P. Terzyk, Molecular properties and intermolecular forces—factors balancing the effect of carbon surface chemistry in adsorption of organics from dilute aqueous solutions, J. Colloid Interface Sci. 275 (2004) 9–29.].T. Vasiljevic, J. Spasojevic, M. Bacic, A. Onjia, M. Lausevic, Adsorption of phenol and 2,4-dinitrophenol on activated carbon cloth: the influence of sorbent surface acidity and pH, Sep. Sci. Technol. 41 (2006) 1061–1075.
Y.S. Al-Degs, M.I. El-Barghouthi, A.H. El-Sheikh, G.M.Walker, Effect of solution pH, ionic strength, and temperature on adsorption behavior of reactive dyes on activated carbon, Dyes Pigments 77 (2008) 16–23.]D. Tang, Z. Zheng, K. Lin, J. Luan, J. Zhang, Adsorption of p-nitrophenol from aqueous solutions onto activated carbon fiber, J. Hazard. Mater. 143 (2007) 49–56. A. Dabrowski, P. Podkoscielny, Z. Hubicki, M. Barczak, Adsorption of phenolic compounds by activated carbon—a critical review, Chemosphere 58 (2005) –1070Sánchez, C., y Noemí, R. (2007). El Eucalipto: Una Opción de Alta Rentabilidad. M y M El mueble y la Madera.Boehm H,P. Some aspects of the surface chemistry of carbon blacks and other carbons. Carbon, 32, 759- 769 (1994Kosmulski M.. pH dependent surface charging and point of zero change. J. Colloid Interface Sci., 275, 214-224 (2004)Navarrete, L.F.; Giraldo, L.; Moreno, J.C. Influencia de la química superficial en la entalpía de inmersión de carbones activados en soluciones acuosas de fenol y 4-nitro fenol. Rev. Colomb. Quím., 35, 215-224 2006) ). Blanco D.A. Giraldo-Gutiérres L &Moreno Piraján J.C. (2008). Estudio de la entalpía de inmersión y de la adsorción de fenoles hidroxilados desde solución acuosa sobre carbón activado. Afinidad. (LXVI), 314-319.