Laboratorio de procesos: PRODUCCIÓN DE CARBÓN ACTIVADOGrupo: A3Sub-Grupo: 2

PRODUCCIÓN DE CARBÓN ACTIVADO

Production of activated carbon

27 de Noviembre de 2014

Resumen

El carbón activado es un elemento que posee la virtud de adherir o retener en su superficie uno o más componentes (átomos, moléculas, iones) del líquido que está en contacto con él. Este fenómeno se denomina poder adsorbente. La adsorción es la responsable de purificar, desodorizar y decolorar el agua u otros sólidos, líquidos o gases que entre en contacto con el elemento adsorbente. Actualmente el carbón activado tiene múltiples usos en diversos campos, la extracción de metales, purificación de agua, tratamiento de aguas residuales o en filtros de purificación, haciendo de este elemento un material idóneo e insustituible.

Palabras claves: activación química, porosidad, adsorción, activación física

Abstract

Activated carbon is an element that has the virtue of adhering or retain on its surface one or more components (atoms, molecules, ions) of the liquid in contact with it. This phenomenon is called adsorbing power. Adsorption is responsible for purifying, deodorize and decolorize the water, or other solids, liquids and gases come into contact with the adsorbent element. Currently activated carbon has many uses in various fields, metal extraction, water purification, wastewater treatment or purification filters, making this an ideal and irreplaceable element material.

Keywords:chemical activation, porosity, adsorption, physical activation

1. INTRODUCCIÓN

Las primeras aplicaciones que ha tenido el carbón durante la historia inician con la medicina, donde se usaba carbón vegetal como adsorbente preparado a partir de madera carbonizada. Luego los griegos amplían el uso de este elemento para filtrar agua

y eliminar los malos olores y sabores de está para prevenir enfermedades.La primera aplicación industrial del carbón activado tuvo lugar en Inglaterra, en 1794, donde se usó como decolorante en la industria del azúcar.

En 1872, aparecen las primeras máscaras con filtros de carbón activado usadas en la industria química para

Parafraseando a T. V. Karman: “Los científicos estudian el mundo tal como es; los ingenieros crean el mundo que nunca ha sido”

1

Laboratorio de procesos: PRODUCCIÓN DE CARBÓN ACTIVADOGrupo: A3Sub-Grupo: 2

evitar la inhalación de vapores de mercurio.[1]El punto de partida para el desarrollo del carbón activado fue durante la primera guerra mundial, pues debido al uso de agentes químicos se hicieron filtros de carbón activado para máscaras de gas lo que promovió su expansión hacia otros usos.El nombre de carbón activado se aplica a una variedad de carbones porosos preparados artificialmente, por medio de un proceso con tapa. [2]

2. OBJETIVO GENERAL

Elaborar carbón activado en el laboratorio.

2.1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Establecer una metodología para la producción de carbón activado y encontrar las variables que afectan directamente este proceso de activación

Identificar los procesos físicos y químicos involucrados en la elaboración del carbón activado.

Destacar la importancia del carbón activado en los procesos industriales

Identificar los equipos en el proceso de elaboración y caracterización de carbón activado.

3. MARCO TEORICO

Carbón activado

Es el medio más comúnmente usado para la adsorción, producido por calentamiento de sustancias carbonosas o bases de celulosa en ausencia de aire. Tiene una estructura muy porosa y se utiliza comúnmente para retirar la materia orgánica y los gases disueltos en el agua. Disponible en forma granular, en polvo o bloque; la forma en polvo tiene mayor capacidad de adsorción.

La absorción es un proceso por el cual los átomos en la superficie de un sólido, atraen y retienen moléculas de otros compuestos. Estas fuerzas de atracción 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 carbón activado es un producto que posee una estructura cristalina reticular similar a la del grafito; es extremadamente poroso y puede llegar a desarrollar áreas superficiales del orden de 1,500 metros cuadrados, por gramo de carbón. [4]

Estructura del carbonoActivado

Todos los átomos de carbón en la superficie de un cristal son capaces de atraer moléculas de compuestos que causan color, olor o sabor indeseables; la diferencia con un carbón activado consiste en la cantidad de átomos en la

Parafraseando a T. V. Karman: “Los científicos estudian el mundo tal como es; los ingenieros crean el mundo que nunca ha sido”

2

Laboratorio de procesos: PRODUCCIÓN DE CARBÓN ACTIVADOGrupo: A3Sub-Grupo: 2

superficie disponibles para realizar la absorción, en otras palabras, la activación de cualquier carbón consiste en " multiplicar" el área superficial creando una estructura porosa.

Tipos de carbono activado.

En términos generales los carbones activados se clasifican en dos grandes grupos:

Carbones para purificación en fase liquida.

Carbones para purificación en fase gaseosa.

Las propiedades más importantes a considerar al seleccionar un carbón son el diámetro de los poros y las características de los mismos. Los poros de un carbón activado se clasifican en tres, de acuerdo a su tamaño:

Microporos: Son poros con un radio de 20 Aº, son los que más área proporcionan. Son útiles para adsorber moléculas muy pequeñas, que generalmente se encuentran presentes en purificaciones de gases.

Poros medios: Se encuentran en el rango de 20- 500 Aº, y aunque su contribución al área total es menor que los microporos, su tamaño les permite adsorber moléculas grandes que por lo general están presentes en purificaciones de líquidos.

Macroporos: Casi no contribuyen al área total de un carbón pero su importancia radica en que actúan como vías de acceso a los poros

medios y microporos, afectando la velocidad de difusión de las impurezas en el carbón. [6]

Parámetros que influyen sobre las propiedades de la absorción.

Capacidad vs. Cinética (Rata de reacción).

Los parámetros de capacidad determinan las características de carga del carbón (Concentración de adsórbalo en el carbón en el punto de saturación). La capacidad máxima de adsorción del carbón solo se alcanza en el equilibrio.

Los parámetros cinéticos solo determinan la rata de adsorción, teniendo un efecto despreciable sobre la capacidad de adsorción.

Área Superficial: La capacidad de adsorción es proporcional al área superficial (Ella es función del grado de activación del carbón).

Tamaño del Poro: La correcta distribución del tamaño de poros es necesaria para facilitar el proceso de adsorción (suministrando los sitios de adsorción, los poros finos, y los canales de transporte adecuados para el manejo del adsórbalo). [4]

Tamaño de las Partículas: Las partículas pequeñas proveen una más rápida rata de adsorción (distancia más cortas hasta los sitios de adsorción). Nota: El tamaño de partículas no influye sobre el área superficial total. El área superficial total es definida por el grado

Parafraseando a T. V. Karman: “Los científicos estudian el mundo tal como es; los ingenieros crean el mundo que nunca ha sido”

3

Laboratorio de procesos: PRODUCCIÓN DE CARBÓN ACTIVADOGrupo: A3Sub-Grupo: 2

de activación y por la estructura de los poros del carbón.

Temperatura: Las temperaturas bajas aumentan la capacidad de adsorción.

Concentración del adsórbalo: La capacidad de adsorción es proporcional a la concentración del adsórbato (altas concentraciones proveen grandes fuerzas de empuje durante el proceso de adsorción).

pH: La capacidad de adsorción aumenta, con aquellas condiciones de pH que aumentan la solubilidad del adsórbato.

Tiempo de Contacto: Para alcanzar el equilibrio en la adsorción y maximizar su eficiencia, se requiere de suficiente tiempo de contacto.

Cenizas: Las cenizas constituyen el componente inerte del carbón. En la mayoría de los casos las cenizas solubles en agua son las de mayor consideración.

Densidad Aparente: Es utilizada para indicar la actividad de un volumen de carbón. Esta es significativamente más baja que la densidad teórica del sólido (La actividad volumétrica es proporcional a la densidad aparente).

Aplicaciones del carbón activado

El carbón activado tiene una amplia gama de aplicaciones tanto en polvo como granular en medio líquido y gaseoso. En medio líquido abarca la decoloración de licores de azúcar,

potabilización de aguas (eliminación de olor, color, sustancias químicas, bacterias), tratamientos de aguas residuales, decloración de aguas para su uso en la fabricación de bebidas refrescantes, decoloración y mejora de bebidas alcohólicas, purificación de grasas y aceites comestibles, purificación de proteínas, purificación del plasma sanguíneo, separación de elementos metálicos (oro, plata), entre otras.

Por su parte en medio gaseoso encuentra sus aplicaciones en el almacenamiento y separación de gases, en máscaras antigás, protección antirradiactiva en plantas nucleares, desodorizante de productos alimenticios, además hoy tiene amplias perspectivas de aplicación como soporte catalítico y como catalizador.[6]

BIBLIOGRAFÍA

[1] APELSA CARBONES. ¿Qué es el carbón activado? [en línea]. Disponible en: http://www.carbonapelsa.com.mx/pages/spanish/carbonactivado.html[2] Aspectos industriales de la producción de carbón activado [En línea].http://datateca.unad.edu.co/contenidos/201604/Archivosactividades2013_2/201604LecturaAct12.pdf

[3] Carbón activado [En línea] http://www.carbonactivo.com/web/index.php?

Parafraseando a T. V. Karman: “Los científicos estudian el mundo tal como es; los ingenieros crean el mundo que nunca ha sido”

4

Laboratorio de procesos: PRODUCCIÓN DE CARBÓN ACTIVADOGrupo: A3Sub-Grupo: 2

option=com_content&task=view&id=15&Itemid=29

[4] Carbón activado [en línea]. http://articulos.aquamillfactory.com/?p=619

[5] Carbón activado Disponible en: http://www.carbotecnia.info/carbon%20activado.htm

[6] Generalidades del carbón activado [en línea]. http://www.slideshare.net/renatolachira/carbn-activado

Parafraseando a T. V. Karman: “Los científicos estudian el mundo tal como es; los ingenieros crean el mundo que nunca ha sido”

5