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Carbón activado

El carbón activado , también llamado carbón activado , es una forma de carbón procesado para tener poros pequeños y de bajo volumen que aumentan el área de superficie [1] [2] disponible para adsorción o reacciones químicas . [3] Activado a veces se reemplaza por activo .

Debido a su alto grado de microporosidad, un gramo de carbón activado tiene una superficie superior a 3.000 m 2 (32.000 pies cuadrados) [1] [2] [4] según lo determinado por adsorción de gas . [1] [2] [5] Se puede obtener un nivel de activación suficiente para una aplicación útil únicamente a partir de una gran superficie. El tratamiento químico adicional a menudo mejora las propiedades de adsorción.

El carbón activado generalmente se deriva del carbón vegetal . Cuando se deriva del carbón [1] [2] se lo denomina carbón activado . El coque activado se deriva del coque .

Usos [ editar ]

El carbón activado se usa en el almacenamiento de metano e hidrógeno , [1] [2] purificación de aire , recuperación de solventes, descafeinado , purificación de oro , extracción de metales , purificación de agua , medicina , tratamiento de aguas residuales , filtros de aire en respiradores , filtros de aire comprimido, blanqueamiento dental , producción de cloruro de hidrógeno y muchas otras aplicaciones.

Industrial [ editar ]

Una aplicación industrial importante implica el uso de carbón activado en el acabado de metales para la purificación de soluciones de galvanoplastia. Por ejemplo, es la principal técnica de purificación para eliminar las impurezas orgánicas de las soluciones de niquelado brillante. Se añaden una variedad de productos químicos orgánicos a las soluciones de enchapado para mejorar sus cualidades de depósito y para mejorar propiedades como brillo, suavidad, ductilidad, etc. Debido al paso de la corriente continua y las reacciones electrolíticas de oxidación anódica y reducción catódica, los aditivos orgánicos generan productos de degradación no deseados. en solución. Su acumulación excesiva puede afectar negativamente la calidad del revestimiento y las propiedades físicas del metal depositado. El tratamiento con carbón activado elimina dichas impurezas y restaura el rendimiento del recubrimiento al nivel deseado.

Médico [ editar ]

Artículo principal: carbón activado (medicación)
Carbón activado para uso médico

El carbón activado se usa para tratar intoxicaciones y sobredosis después de la ingestión oral . Las tabletas o cápsulas de carbón activado se utilizan en muchos países como medicamento de venta libre para tratar la diarrea , la indigestión y la flatulencia . Sin embargo, el carbón activado no muestra ningún efecto sobre los gases intestinales y la diarrea y, por lo general, es médicamente ineficaz si la intoxicación se debe a la ingestión de agentes corrosivos, ácido bórico, productos derivados del petróleo y es particularmente ineficaz contra las intoxicaciones de ácidos fuertes o álcalis , cianuro , hierro. , litio , arsénico, metanol , etanol o etilenglicol . [6] El carbón activado no evitará que estos químicos sean absorbidos por el cuerpo humano. [7] Está en la Lista de Medicamentos Esenciales de la Organización Mundial de la Salud, los medicamentos más seguros y efectivos necesarios en un sistema de salud . [8]

La aplicación incorrecta (por ejemplo, en los pulmones ) da como resultado una aspiración pulmonar , que a veces puede ser fatal si no se inicia un tratamiento médico inmediato. [9]

Química analítica [ editar ]

El carbón activado, en combinación al 50% p / p con celite , se usa como fase estacionaria en la separación cromatográfica de baja presión de carbohidratos (mono, di, tri sacáridos ) usando soluciones de etanol (5-50%) como fase móvil en protocolos analíticos o preparativos.

El carbón activado es útil para extraer los anticoagulantes orales directos (ACOD) como dabigatrán, apixabán, rivaroxabán y edoxabán de muestras de plasma sanguíneo. [10] Con este fin, se ha convertido en "minicomprimidos", cada uno de los cuales contiene 5 mg de carbón activado para tratar muestras de 1 ml de DOAC. Dado que este carbón activado no tiene ningún efecto sobre los factores de coagulación de la sangre, la heparina o la mayoría de los otros anticoagulantes [11], esto permite analizar una muestra de plasma para detectar anomalías que de otro modo serían afectadas por los ACOD.

Ambiental [ editar ]

El carbón activado se usa generalmente en sistemas de filtración de agua. En esta ilustración, el carbón activado está en el cuarto nivel (contado desde abajo).

La adsorción de carbono tiene numerosas aplicaciones en la eliminación de contaminantes de corrientes de aire o agua tanto en el campo como en procesos industriales tales como:

  • Limpieza de derrames
  • Remediación de aguas subterráneas
  • Filtración de agua potable
  • Purificación de aire
  • Captura de compuestos orgánicos volátiles de pintura , limpieza en seco , operaciones de dispensación de gasolina y otros procesos
  • Recuperación de compuestos orgánicos volátiles (sistemas de recuperación de solventes, SRU) de empaques flexibles , conversión , recubrimiento y otros procesos. [12]

Durante la implementación inicial de la Ley de Agua Potable Segura de 1974 en los EE. UU., Los funcionarios de la EPA desarrollaron una regla que propuso exigir que los sistemas de tratamiento de agua potable usen carbón activado granular. Debido a su alto costo, la llamada regla GAC ​​encontró una fuerte oposición en todo el país por parte de la industria del suministro de agua, incluidas las empresas de servicios de agua más grandes de California. Por lo tanto, la agencia dejó de lado la regla. [13] La filtración con carbón activado es un método de tratamiento de agua eficaz debido a su naturaleza multifuncional. Hay tipos específicos de métodos y equipos de filtración de carbón activado que están indicados, dependiendo de los contaminantes involucrados. [14]

El carbón activado también se utiliza para medir la concentración de radón en el aire.

Agrícola [ editar ]

El carbón activado (carbón vegetal) es una sustancia permitida utilizada por los agricultores orgánicos tanto en la producción ganadera como en la elaboración del vino. En la producción ganadera se utiliza como plaguicida, aditivo para piensos, coadyuvante de elaboración, ingrediente no agrícola y desinfectante. [15] En la vinificación ecológica, se permite el uso de carbón activado como agente de transformación para adsorber los pigmentos de color marrón de los concentrados de uva blanca. [16] A veces se utiliza como biocarbón .

Purificación de bebidas alcohólicas destiladas [ editar ]

Ver también: Proceso del Condado de Lincoln

Los filtros de carbón activado (filtros de CA) se pueden utilizar para filtrar el vodka y el whisky de impurezas orgánicas que pueden afectar el color, el sabor y el olor. Pasar un vodka orgánicamente impuro a través de un filtro de carbón activado al caudal adecuado dará como resultado un vodka con un contenido de alcohol idéntico y una pureza orgánica significativamente mayor, a juzgar por el olor y el sabor. [ cita requerida ]

Almacenamiento de combustible [ editar ]

Se están realizando investigaciones para probar la capacidad de varios carbones activados para almacenar gas natural [1] [2] y gas hidrógeno . [1] [2] El material poroso actúa como una esponja para diferentes tipos de gases. El gas es atraído por el material de carbono a través de las fuerzas de Van der Waals . Algunos carbonos han podido alcanzar energías de enlace de 5 a 10 kJ por mol. Luego, el gas puede ser desorbido cuando se somete a temperaturas más altas y se quema para realizar el trabajo o en el caso del gas hidrógeno extraído para su uso en una celda de combustible de hidrógeno.. El almacenamiento de gas en carbones activados es un método de almacenamiento de gas atractivo porque el gas se puede almacenar en un entorno de baja presión, baja masa y bajo volumen que sería mucho más factible que los voluminosos tanques de presión a bordo de los vehículos. El Departamento de Energía de los Estados Unidos ha especificado ciertos objetivos a alcanzar en el área de investigación y desarrollo de materiales de carbono nanoporosos. Aún no se han cumplido todos los objetivos, pero numerosas instituciones, incluido el programa ALL-CRAFT, [1] [2] [17] continúan trabajando en este campo prometedor.

Purificación de gas [ editar ]

Los filtros con carbón activado se utilizan generalmente en la purificación de aire comprimido y gas para eliminar los vapores de aceite , el olor y otros hidrocarburos del aire. Los diseños más comunes utilizan un principio de filtración de 1 o 2 etapas en el que el carbón activado está incrustado dentro del medio filtrante.

Los filtros de carbón activado se utilizan para retener gases radiactivos dentro del aire aspirado por un condensador de turbina de reactor de agua hirviendo nuclear. Los grandes lechos de carbón adsorben estos gases y los retienen mientras se descomponen rápidamente en especies sólidas no radiactivas. Los sólidos quedan atrapados en las partículas de carbón, mientras que el aire filtrado pasa a través.

Purificación química [ editar ]

El carbón activado se usa comúnmente a escala de laboratorio para purificar soluciones de moléculas orgánicas que contienen impurezas orgánicas coloreadas no deseadas.

La filtración sobre carbón activado se utiliza en procesos químicos y farmacéuticos finos a gran escala con el mismo propósito. El carbón se mezcla con la solución y luego se filtra o se inmoviliza en un filtro.

Lavado de mercurio [ editar ]

El carbón activado, a menudo infundido con azufre [18] o yodo, se usa ampliamente para atrapar las emisiones de mercurio de las centrales eléctricas de carbón , los incineradores médicos y el gas natural en la boca del pozo. Este carbón es un producto especial que cuesta más de US $ 4,00 por kg. [ cita requerida ]

Dado que a menudo no se recicla, el carbón activado cargado de mercurio presenta un dilema de eliminación. [19] Si el carbón activado contiene menos de 260 ppm de mercurio, las regulaciones federales de los Estados Unidos permiten que se estabilice (por ejemplo, atrapado en concreto) para su vertido. [ cita requerida ] Sin embargo, los desechos que contienen más de 260 ppm se consideran en la subcategoría de alto contenido de mercurio y están prohibidos en vertederos (Regla de Prohibición de Tierras). [ cita requerida ] Este material ahora se está acumulando en almacenes y en minas profundas abandonadas a una tasa estimada de 100 toneladas por año. [ cita requerida ]

El problema de la eliminación del carbón activado cargado de mercurio no es exclusivo de los Estados Unidos. En los Países Bajos, este mercurio se recupera en gran medida [ cita requerida ] y el carbón activado se elimina mediante combustión completa, formando dióxido de carbono (CO2).

Producción [ editar ]

El carbón activado es carbón producido a partir de materias primas carbonáceas como bambú, cáscara de coco, turba de sauce , madera , bonote , lignito , carbón y brea de petróleo . Puede producirse mediante uno de los siguientes procesos:

  1. Activación física : el material de origen se convierte en carbón activado utilizando gases calientes. Luego se introduce aire para quemar los gases, creando una forma de carbón activado graduado, filtrado y desempolvado. Esto generalmente se hace mediante uno o más de los siguientes procesos:
    • Carbonización : el material con contenido de carbono se piroliza a temperaturas en el rango de 600 a 900 ° C, generalmente en una atmósfera inerte con gases como argón o nitrógeno.
    • Activación / Oxidación : La materia prima o material carbonizado se expone a atmósferas oxidantes (oxígeno o vapor) a temperaturas superiores a 250 ° C, generalmente en el rango de temperatura de 600-1200 ° C. [ cita requerida ]
  2. Activación química : el material de carbono está impregnado con ciertos productos químicos. El químico es típicamente un ácido , una base fuerte , [1] [2] o una sal [20] ( ácido fosfórico al 25%, hidróxido de potasio al 5%, hidróxido de sodio al 5%, cloruro de calcio al 25% y cloruro de zinc25%). Luego, el carbón se somete a temperaturas más bajas (250–600 ° C). Se cree que la temperatura activa el carbono en esta etapa obligando al material a abrirse y tener más poros microscópicos. Se prefiere la activación química a la activación física debido a las temperaturas más bajas, la consistencia de mejor calidad y el tiempo más corto necesario para activar el material.

Clasificación [ editar ]

Los carbones activados son productos complejos que son difíciles de clasificar en función de su comportamiento, características superficiales y otros criterios fundamentales. Sin embargo, se realiza una clasificación amplia para fines generales en función de su tamaño, métodos de preparación y aplicaciones industriales.

Carbón activado en polvo [ editar ]

Ver también: Tratamiento de carbón activado en polvo
Una micrografía de carbón activado (R 1) bajo iluminación de campo brillante en un microscopio óptico . Observe la forma fractal de las partículas que apuntan a su enorme área de superficie. Cada partícula en esta imagen, a pesar de tener solo alrededor de 0.1 mm de ancho, puede tener un área de superficie de varios centímetros cuadrados. La imagen completa cubre una región de aproximadamente 1,1 por 0,7 mm, y la versión de resolución completa está a una escala de 6.236 píxeles / μm .

Normalmente, los carbones activados (R 1) se fabrican en forma de partículas como polvos o gránulos finos de menos de 1,0 mm de tamaño con un diámetro medio entre 0,15 y 0,25 mm. Por tanto, presentan una gran relación superficie / volumen con una pequeña distancia de difusión. El carbón activado (R 1) se define como las partículas de carbón activado retenidas en un tamiz de malla 50 (0,297 mm).

El material PAC es un material más fino. El PAC se compone de partículas de carbono trituradas o molidas, de las cuales entre el 95% y el 100% pasarán por un tamiz de malla designado . La ASTM clasifica las partículas que pasan a través de un tamiz de malla 80 (0,177 mm) y más pequeñas como PAC. No es común usar PAC en un recipiente dedicado, debido a la gran pérdida de carga que se produciría. En cambio, el PAC generalmente se agrega directamente a otras unidades de proceso, como tomas de agua cruda, tanques de mezcla rápida, clarificadores y filtros por gravedad.

Carbón activado granular [ editar ]

Una micrografía de carbón activado (GAC) bajo microscopio electrónico de barrido

El carbón activado granular (GAC) tiene un tamaño de partícula relativamente mayor en comparación con el carbón activado en polvo y, en consecuencia, presenta una superficie externa más pequeña. La difusión del adsorbato es, por tanto, un factor importante. Estos carbones son adecuados para la adsorción de gases y vapores porque se difunden rápidamente. Los carbones granulados se utilizan para el tratamiento del agua., desodorización y separación de componentes del sistema de flujo y también se utilizan en cuencas de mezcla rápida. El GAC puede estar en forma granular o extruida. El GAC se designa por tamaños como 8 × 20, 20 × 40 u 8 × 30 para aplicaciones en fase líquida y 4 × 6, 4 × 8 o 4 × 10 para aplicaciones en fase vapor. Un carbón de 20 × 40 está hecho de partículas que pasarán a través de un tamiz de tamaño de malla estándar de EE. UU. No. 20 (0,84 mm) (generalmente especificado como 85% de paso) pero que se retendrán en un tamiz de tamaño de malla estándar de EE. UU. No. 40 (0,42 mm) ) (generalmente especificado como 95% retenido). AWWA (1992) B604 utiliza el tamiz de malla 50 (0,297 mm) como tamaño mínimo de GAC. Los carbonos de fase acuosa más populares son los tamaños 12 × 40 y 8 × 30 porque tienen un buen equilibrio de tamaño, área de superficie y características de pérdida de carga.

Carbón activado extruido (EAC) [ editar ]

El carbón activado extruido (EAC) combina carbón activado en polvo con un aglutinante, que se fusionan y extruyen en un bloque de carbón activado de forma cilíndrica con diámetros de 0,8 a 130 mm. Estos se utilizan principalmente para aplicaciones en fase gaseosa debido a su baja caída de presión, alta resistencia mecánica y bajo contenido de polvo. También se vende como filtro CTO (cloro, sabor, olor).

Cuentas de carbón activado (BAC) [ editar ]

El carbón activado en perlas (BAC) se fabrica a partir de brea de petróleo y se suministra en diámetros de aproximadamente 0,35 a 0,80 mm. Similar al EAC, también se destaca por su baja caída de presión, alta resistencia mecánica y bajo contenido de polvo, pero con un tamaño de grano más pequeño. Su forma esférica lo hace preferido para aplicaciones de lecho fluidizado como la filtración de agua.

Carbón impregnado [ editar ]

También se han preparado carbones porosos que contienen varios tipos de impregnados inorgánicos como yodo , plata , cationes como Al, Mn, Zn, Fe, Li, Ca para aplicaciones específicas en el control de la contaminación del aire, especialmente en museos y galerías. Debido a sus propiedades antimicrobianas y antisépticas, el carbón activado cargado de plata se utiliza como adsorbente para la purificación del agua doméstica. El agua potable se puede obtener del agua natural tratando el agua natural con una mezcla de carbón activado y Al (OH) 3 , un agente floculante . Los carbones impregnados también se utilizan para la adsorción de sulfuro de hidrógeno ( H 2 S ) ytioles . Se han informado tasas de adsorción de H 2 S de hasta el 50% en peso. [ cita requerida ]

Carbón recubierto de polímero [ editar ]

Este es un proceso mediante el cual un carbono poroso puede recubrirse con un polímero biocompatible para dar una capa suave y permeable sin bloquear los poros. El carbono resultante es útil para la hemoperfusión . La hemoperfusión es una técnica de tratamiento en la que se pasan grandes volúmenes de sangre del paciente sobre una sustancia adsorbente para eliminar sustancias tóxicas de la sangre.

Paño de carbón activado tejido

Carbón tejido [ editar ]

Existe una tecnología de procesamiento de fibra de rayón técnico en tela de carbón activado para el filtrado de carbón . La capacidad de adsorción de la tela activada es mayor que la del carbón activado ( teoría BET ) área de superficie: 500-1500 m 2 / g, volumen de poro: 0.3-0.8 cm 3 / g) [ cita requerida ] . Gracias a las diferentes formas de material activado, se puede utilizar en una amplia gama de aplicaciones ( supercondensadores , [absorbedores de olores [1] ], industria de defensa QBRN , etc.).

Propiedades [ editar ]

Pan de pan de carbón activado para la venta en un mercado de agricultores.

Un gramo de carbón activado puede tener una superficie superior a 500 m 2 (5400 pies cuadrados), siendo fácilmente alcanzables 3000 m 2 (32 000 pies cuadrados). [2] [4] [5] Los aerogeles de carbono , aunque son más caros, tienen áreas de superficie aún mayores y se utilizan en aplicaciones especiales.

Bajo un microscopio electrónico , se revelan las estructuras de alta superficie del carbón activado. Las partículas individuales están intensamente enrevesadas y muestran varios tipos de porosidad ; Puede haber muchas áreas donde superficies planas de material similar al grafito corren paralelas entre sí, [2] separadas por unos pocos nanómetros más o menos. Estos microporos proporcionan excelentes condiciones para que se produzca la adsorción , ya que el material adsorbente puede interactuar con muchas superficies simultáneamente. Las pruebas de comportamiento de adsorción generalmente se realizan con gas nitrógeno a 77 K bajo alto vacío., pero en términos cotidianos, el carbón activado es perfectamente capaz de producir el equivalente, por adsorción de su entorno, agua líquida a partir de vapor a 100 ° C (212 ° F) y una presión de 1 / 10,000 de una atmósfera .

James Dewar , el científico que da nombre al Dewar ( matraz al vacío ), dedicó mucho tiempo a estudiar el carbón activado y publicó un artículo sobre su capacidad de adsorción con respecto a los gases. [21] En este artículo, descubrió que enfriar el carbono a temperaturas de nitrógeno líquido le permitía adsorber cantidades significativas de numerosos gases del aire, entre otros, que luego podían recogerse simplemente permitiendo que el carbono se calentara nuevamente y que el carbono a base de coco era superior por el efecto. Utiliza el oxígeno como ejemplo, en el que el carbón activado normalmente adsorbería la concentración atmosférica (21%) en condiciones estándar, pero liberaría más del 80% de oxígeno si el carbón se enfría primero a bajas temperaturas.

Físicamente, el carbón activado se une a los materiales mediante la fuerza de van der Waals o la fuerza de dispersión de London .

El carbón activado no se adhiere bien a ciertos productos químicos, incluidos alcoholes , dioles , ácidos y bases fuertes , metales y la mayoría de los inorgánicos , como litio , sodio , hierro , plomo , arsénico , flúor y ácido bórico.

El carbón activado absorbe muy bien el yodo . La capacidad de yodo, mg / g, ( prueba del método estándar ASTM D28) puede usarse como una indicación de la superficie total.

El carbón activado no absorbe bien el monóxido de carbono. Esto debería ser de especial preocupación para quienes usan el material en filtros para respiradores, campanas de extracción u otros sistemas de control de gases, ya que el gas es indetectable para los sentidos humanos, tóxico para el metabolismo y neurotóxico.

Se pueden encontrar en línea listas sustanciales de los gases industriales y agrícolas comunes adsorbidos por carbón activado. [22]

El carbón activado se puede utilizar como sustrato para la aplicación de diversos productos químicos para mejorar la capacidad de adsorción de algunos compuestos inorgánicos (y orgánicos problemáticos) como el sulfuro de hidrógeno (H 2 S), amoníaco (NH 3 ), formaldehído (HCOH), mercurio. (Hg) y yodo radiactivo 131 ( 131 I). Esta propiedad se conoce como quimisorción .

Número de yodo [ editar ]

Muchos carbonos adsorben preferentemente moléculas pequeñas. El índice de yodo es el parámetro más fundamental utilizado para caracterizar el desempeño del carbón activado. Es una medida del nivel de actividad (un número más alto indica un grado más alto de activación [23] ) a menudo expresado en mg / g (rango típico 500-1200 mg / g). Es una medida del contenido de microporos del carbón activado (0 a 20  Å , o hasta 2  nm ) por adsorción de yodo de la solución. Equivale a una superficie de carbono entre 900 y 1100 m 2 / g. Es la medida estándar para aplicaciones en fase líquida.

El índice de yodo se define como los miligramos de yodo adsorbidos por un gramo de carbono cuando la concentración de yodo en el filtrado residual está en una concentración de 0,02 normal (es decir, 0,02 N). Básicamente, el índice de yodo es una medida del yodo adsorbido en los poros y, como tal, es una indicación del volumen de poros disponible en el carbón activado de interés. Normalmente, los carbones de tratamiento de agua tienen índices de yodo que van de 600 a 1100. Con frecuencia, este parámetro se utiliza para determinar el grado de agotamiento de un carbono en uso. Sin embargo, esta práctica debe considerarse con precaución, ya que las interacciones químicas con el adsorbatopuede afectar la absorción de yodo, dando resultados falsos. Por lo tanto, el uso del índice de yodo como medida del grado de agotamiento de un lecho de carbono solo puede recomendarse si se ha demostrado que está libre de interacciones químicas con adsorbatos y si se ha establecido una correlación experimental entre el índice de yodo y el grado de agotamiento determinado para la aplicación particular.

Melaza [ editar ]

Algunos carbonos son más hábiles para adsorber moléculas grandes. El número de melaza o la eficiencia de la melaza es una medida del contenido de mesoporos del carbón activado (mayor de 20 Å o mayor de 2 nm ) por adsorción de melaza de la solución. Un número alto de melaza indica una alta adsorción de moléculas grandes (rango 95-600). El caramelo dp (rendimiento decolorante) es similar al número de melaza. La eficiencia de la melaza se informa como un porcentaje (rango 40% -185%) y el número de melaza en paralelo (600 = 185%, 425 = 85%). El número de melaza europea (rango 525-110) está inversamente relacionado con el número de melaza de América del Norte.

El número de melaza es una medida del grado de decoloración de una solución estándar de melaza que se ha diluido y estandarizado frente al carbón activado estandarizado. Debido al tamaño de los cuerpos de color, el número de melaza representa el volumen de poro potencial disponible para especies adsorbentes más grandes. Como es posible que no todo el volumen de poros esté disponible para la adsorción en una aplicación particular de aguas residuales, y como parte del adsorbato puede entrar en poros más pequeños, no es una buena medida del valor de un carbón activado en particular para una aplicación específica. Con frecuencia, este parámetro es útil para evaluar una serie de carbonos activos por sus tasas de adsorción. Dados dos carbonos activos con volúmenes de poros similares para la adsorción,el que tiene el número más alto de melaza generalmente tendrá poros de alimentación más grandes, lo que dará como resultado una transferencia más eficiente de adsorbato al espacio de adsorción.

Tanino [ editar ]

Los taninos son una mezcla de moléculas de tamaño grande y mediano. Los carbonos con una combinación de macroporos y mesoporos adsorben los taninos. La capacidad de un carbono para adsorber taninos se informa en concentraciones de partes por millón (rango de 200 ppm a 362 ppm).

Azul de metileno [ editar ]

Algunos carbonos tienen una estructura de mesoporo (20 Å a 50 Å, o 2 a 5 nm) que adsorbe moléculas de tamaño mediano, como el tinte azul de metileno . La adsorción de azul de metileno se informa en g / 100 g (rango 11-28 g / 100 g).

Decloración [ editar ]

Algunos carbonos se evalúan en función de la duración de la semivida de decloración , que mide la eficiencia de eliminación de cloro del carbón activado. La longitud del valor medio de decloración es la profundidad de carbono requerida para reducir el nivel de cloro de una corriente que fluye de 5 ppm a 3,5 ppm. Una longitud de valor medio inferior indica un rendimiento superior.

Densidad aparente [ editar ]

La densidad sólida o esquelética de los carbones activados oscilará típicamente entre 2000 y 2100 kg / m 3 (125-130 libras / pie cúbico). Sin embargo, una gran parte de una muestra de carbón activado consistirá en un espacio de aire entre las partículas y, por lo tanto, la densidad real o aparente será menor, típicamente de 400 a 500 kg / m 3 (25 a 31 libras / pie cúbico). [24]

Una densidad más alta proporciona una mayor actividad de volumen y normalmente indica carbón activado de mejor calidad. Se utiliza ASTM D 2854-09 (2014) para determinar la densidad aparente del carbón activado.

Número de dureza / abrasión [ editar ]

Es una medida de la resistencia al desgaste del carbón activado. Es un indicador importante de carbón activado para mantener su integridad física y resistir las fuerzas de fricción. Existen grandes diferencias en la dureza de los carbones activados, dependiendo de la materia prima y los niveles de actividad.

Contenido de ceniza [ editar ]

La ceniza reduce la actividad general del carbón activado y reduce la eficiencia de la reactivación: la cantidad depende exclusivamente de la materia prima base utilizada para producir el carbón activado (por ejemplo, coco, madera, carbón, etc.). Los óxidos metálicos (Fe 2 O 3 ) pueden filtrarse del carbón activado y producir una decoloración. El contenido de cenizas solubles en agua / ácido es más significativo que el contenido total de cenizas. El contenido de cenizas solubles puede ser muy importante para los acuaristas, ya que el óxido férrico puede promover el crecimiento de algas. Se debe utilizar un carbón con un bajo contenido de cenizas solubles en los tanques de arrecifes y peces marinos de agua dulce para evitar el envenenamiento por metales pesados ​​y el crecimiento excesivo de plantas / algas. La ASTM (prueba del método estándar D2866) se utiliza para determinar el contenido de cenizas del carbón activado.

Actividad de tetracloruro de carbono [ editar ]

Medida de la porosidad de un carbón activado por adsorción de vapor de tetracloruro de carbono saturado .

Distribución del tamaño de las partículas [ editar ]

Cuanto más fina sea la partícula de un carbón activado, mejor será el acceso a la superficie y más rápida será la velocidad de la cinética de adsorción. En los sistemas de fase de vapor, esto debe tenerse en cuenta frente a la caída de presión, que afectará el costo de la energía. Una consideración cuidadosa de la distribución del tamaño de partículas puede proporcionar importantes beneficios operativos. Sin embargo, en el caso de utilizar carbón activado para la adsorción de minerales como el oro, el tamaño de partícula debe estar en el rango de 3,35 a 1,4 milímetros (0,132 a 0,055 pulgadas). El carbón activado con un tamaño de partícula inferior a 1 mm no sería adecuado para la elución (la extracción de mineral de un carbón activado).

Modificación de propiedades y reactividad [ editar ]

Las características ácido-base, oxidación-reducción y adsorción específicas dependen en gran medida de la composición de los grupos funcionales de la superficie. [25]

La superficie del carbón activado convencional es reactiva, capaz de oxidarse por el oxígeno atmosférico y el plasma de oxígeno [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] vapor, [34] [35] [36] y también dióxido de carbono [30] y ozono . [37] [38] [39]

La oxidación en la fase líquida es causada por una amplia gama de reactivos (HNO 3 , H 2 O 2 , KMnO 4 ). [40] [41] [42]

A través de la formación de una gran cantidad de grupos básicos y ácidos en la superficie del carbono oxidado, la sorción y otras propiedades pueden diferir significativamente de las formas no modificadas. [25]

El carbón activado puede ser nitrogenado por productos naturales o polímeros [43] [44] o procesando carbón con reactivos nitrogenados . [45] [46] [47]

El carbón activado puede interactuar con el cloro , [48] [49] bromo [50] y flúor . [51]

La superficie del carbón activado, como otros materiales de carbón, puede fluoralquilar mediante tratamiento con peróxido de (per) fluoropoliéter [52] en una fase líquida, o con una amplia gama de sustancias fluoroorgánicas mediante el método CVD. [53] Dichos materiales combinan alta hidrofobicidad y estabilidad química con conductividad eléctrica y térmica y pueden usarse como material de electrodo para supercondensadores. [54]

Los grupos funcionales de ácido sulfónico se pueden unir al carbón activado para dar "estrellas" que se pueden usar para catalizar selectivamente la esterificación de ácidos grasos. [55] La formación de tales carbones activados a partir de precursores halogenados proporciona un catalizador más eficaz que se cree que es el resultado de que los halógenos restantes mejoran la estabilidad. [56] Se informa acerca de la síntesis de carbón activado con sitios superácidos injertados químicamente –CF 2 SO 3 H. [57]

Algunas de las propiedades químicas del carbón activado se han atribuido a la presencia del doble enlace del carbón activo de superficie . [39] [58]

La teoría de la adsorción de Polyani es un método popular para analizar la adsorción de varias sustancias orgánicas en su superficie.

Ejemplos de adsorción [ editar ]

Catálisis heterogénea [ editar ]

La forma más común de quimisorción en la industria ocurre cuando un catalizador sólido interactúa con una materia prima gaseosa, el / los reactivo / s. La adsorción de reactivo (s) a la superficie del catalizador crea un enlace químico, alterando la densidad de electrones alrededor de la molécula de reactivo y permitiendo que experimente reacciones que normalmente no estarían disponibles para él.

Reactivación y regeneración [ editar ]

La planta de reactivación más grande del mundo ubicada en Feluy  [ fr ] , Bélgica.
Centro de reactivación de carbón activado en Roeselare , Bélgica.

La reactivación o regeneración de carbones activados implica restaurar la capacidad de adsorción del carbón activado saturado desorbiendo los contaminantes adsorbidos en la superficie del carbón activado.

Reactivación térmica [ editar ]

La técnica de regeneración más común empleada en procesos industriales es la reactivación térmica. [59] El proceso de regeneración térmica generalmente sigue tres pasos: [60]

  • Secado por adsorbente a aproximadamente 105 ° C (221 ° F)
  • Desorción y descomposición a alta temperatura (500–900 ° C (932–1,652 ° F)) bajo una atmósfera inerte
  • Gasificación orgánica residual por un gas no oxidante (vapor o dióxido de carbono) a temperaturas elevadas (800 ° C (1470 ° F))

La etapa de tratamiento térmico utiliza la naturaleza exotérmica de la adsorción y da como resultado la desorción, el agrietamiento parcial y la polimerización de los orgánicos adsorbidos. El paso final tiene como objetivo eliminar los residuos orgánicos carbonizados formados en la estructura porosa en la etapa anterior y volver a exponer la estructura de carbono poroso regenerando sus características superficiales originales. Después del tratamiento, la columna de adsorción se puede reutilizar. Por ciclo de adsorción-regeneración térmica, se quema entre el 5 y el 15% en peso del lecho de carbón, lo que resulta en una pérdida de la capacidad de adsorción. [61] La regeneración térmica es un proceso de alta energía debido a las altas temperaturas requeridas, lo que lo convierte en un proceso energéticamente y comercialmente costoso. [60]Las plantas que dependen de la regeneración térmica de carbón activado deben tener un tamaño determinado antes de que sea económicamente viable tener instalaciones de regeneración en el lugar. Como resultado, es común que los sitios de tratamiento de desechos más pequeños envíen sus núcleos de carbón activado a instalaciones especializadas para su regeneración. [62]

Otras técnicas de regeneración [ editar ]

Las preocupaciones actuales sobre la naturaleza de alto costo / energía de la regeneración térmica del carbón activado han alentado la investigación de métodos de regeneración alternativos para reducir el impacto ambiental de tales procesos. Aunque varias de las técnicas de regeneración citadas siguen siendo áreas de investigación puramente académica, en la industria se han empleado algunas alternativas a los sistemas de regeneración térmica. Los métodos de regeneración alternativos actuales son:

  • Regeneración química y de disolventes [63]
  • Regeneración microbiana [64]
  • Regeneración electroquímica [65]
  • Regeneración ultrasónica [66]
  • Oxidación con aire húmedo [67]

Ver también [ editar ]

  • Limpieza de carbón activado
  • Biocarbón
  • Carbón de bambú
  • Binchōtan
  • Huesos carbonizados
  • Filtrado de carbono
  • Carbocatálisis
  • Polímero microporoso conjugado
  • Almacenamiento de hidrógeno
  • Proceso de Kværner
  • Recuperación de vapores de repostaje a bordo

Referencias [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

  • "Imágenes de la estructura atómica del carbón activado" - Journal of Physics: Condensed Matter
  • "¿Cómo funciona el carbón activado?" en pizarra
  • "Adorar a los falsos ídolos del bienestar" con carbón activado como una práctica de bienestar inútil en The New York Times