28 Abr 2009 :::








Carbon activado

El carbón activado es un material poroso preparado por la carbonización y activación de materiales orgánicos, especialmente de origen vegetal, como madera, el carbón mineral, la cáscara de coco entre otros, con el fin de obtener un alto grado de porosidad y una importante superficie intraparticular. La elevada superficie específica facilita la abssorción fisicas de los gases y vapores de mezclas gaseosas o sustancias disueltas en líquidos.

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

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Aplicaciones del carbón activado

Sus aplicaciones 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 (vinos, rones), purificación de grasas y aceites comestibles, purificación de proteinas, como medicamento en la desintoxicación de personas, purificación de plasma sanguíneo.

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.

El carbón activado es un excelente material adsorbente, que también tiene otros usos. Los más usuales son purificación de agua y en corrientes de aguas residuales para eliminar compuestos orgánicos, cloro y algunos metales pesados. 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 XX 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.

No hay un solo tipo de carbón activado que resulte ser el mejor para todas las aplicaciones. El de base madera es muy macroporoso y es excelente para remoción de color (moléculas grandes), pero usualmente se aplica PAC, ya que el carbón activado granular GAC base madera es demasiado suave para resistir en una operación de columna de GAC.

De igual manera, el GAC de cáscara de coco es muy duro y resistente a la abrasión, pero dado que es muy microporoso tendría un desempeño pobre en una aplicación de decoloración. El carbón activado base carbón mineral tiene la distribución más amplia en tamaño del poro e incluye poros de todos tamaños, por lo que se le considera como el carbón “atrapa-todo”. Los carbones con valor agregado como los lavados al ácido, con pH ajustado, tamaño a la medida o impregnados especialmente (como los impregnados de plata para reducir el desarrollo biológico), también están disponibles para aplicaciones especiales. Para la mayoría de los sistemas de tratamiento de aguas/aguas residuales industriales, comerciales y muchas municipales, el GAC se utiliza en una operación de columna y la corriente del líquido se pasa a través de la cama de GAC en un flujo descendente o, en situaciones especiales, en el modo de flujo ascendente. El GAC típico es de 22 a 30 libras por pie cúbico (lbs/pie3), dependiendo de si fue fabricado a partir de carbón mineral o cáscara de coco, y su tamaño es de 8×30 o de 12×30 o de 12×40 US Malla (12×30 quiere decir que el 90% del GAC es más grande que una malla #30 y más pequeño que una malla #12; un 5% puede ser más grande que una malla 12 y un 5% más pequeño que una malla 30).

Se deben tomar en consideración varios factores al diseñar un sistema adsorbedor de GAC:

  • Tipo y elementos por adsorber
  • Naturaleza de lo adsorbido
  • Capacidad de flujo
  • Tiempo de contacto
  • Profundidad de la cama de GAC
  • Temperatura influente,
  • pH
  • Efluente deseado
  • Un solo adsorbedor o en serie
  • Caída de presión
  • Procedimiento de muestreo
  • Requirimientos del pre-filtro
  • Retrolavado, y
  • Costos de operación.

El carbón pudiese funcionar demasiado bien como un adsorbente y ser prohibitivo en cuanto al costo si se utiliza para hacer todo el trabajo pesado en un sistema de tratamiento. En muchos casos se utiliza la prefiltración y el tratamiento biológico/químico antes del sistema GAC, el cual actúa entonces como un filtro de pulido final económico. La construcción y el diseño del adsorbedor son muy importantes y puede evitar muchos dolores de cabeza durante la operación. Los adsorbedores deben ser seleccionados apropiadamente en cuanto al tamaño para la capacidad de flujo máximo, deben contener la cantidad correcta de GAC (para permitir un adecuado tiempo de contacto) y permitir espacio libre para el retrolavado si se requiere. Los sistemas de pulido del agua potable (como la reducción de cloro en una planta embotelladora de refrescos o de cerveza) pueden fluir de 6 a 10 galones por minuto por pie cuadrado (gpm/pie2) y tener un tiempo de contacto total de 5 a 10 minutos, en tanto que los sistemas de aguas residuales tienen típicamente varios adsorbedores en serie y dan de 2 a 4 gpm/pie2 y un tiempo de contacto de 10-30 minutos por adsorbedor.

Los sistemas adsorbedores típicos para aguas/aguas residuales son operados en serie con dos o tres tanques y se toman muestras del flujo de alimentación, del sistema intermedio y del efluente. Cuando el nivel efluente del primer adsorbedor alcanza la misma concentración que el flujo de agua alimentado, el carbón se ha desgastado y es intercambiado por nuevo GAC y el tanque se pone al final de la serie, quedando ahora el segundo tanque como primero. De este modo cada adsorbedor GAC está completamente saturado y funciona al máximo de su potencial. El carbón desgastado puede ser utilizado para relleno de tierras o reactivado fuera del sitio para reuso directo o puede ser utilizado en otras aplicaciones. En muchas aplicaciones correctivas, se utiliza el carbón reactivado porque es adecuado para la tarea y es más económico por sus índices de mayor rendimiento.

En los sistemas en que la adsorción competitiva y la interferencia biológica son evidentes, es difícil predecir el desempeño  el GAC. Cada tipo de GAC tiene una cierta afinidad con cada tipo de compuesto, de manera que las variables son muchas. Sin embargo, muchos sistemas se basan en diseños y prácticas probadas que han funcionado en el pasado, y la base de datos isotérmicos del carbón (información real y generada por computadora referente a la capacidad adsorsiva del GAC para compuestos específicos) ha crecido significativamente en los últimos 10 años. En algunos casos no es la capacidad adsorsiva del GAC lo importante, sino el efecto catalítico del área de superficie, como cuando el GAC reduce el cloro de la molécula Cl2 a iones de cloruro (Cl-). Esta es una reacción rápida y es la razón de por qué los pequeños filtros de agua residenciales y al extremo de la llave del agua pueden reducir efectivamente el cloro con un tiempo de contacto mínimo.

Al carbón activado se le ha denominado "magia negra" debido a que no siempre parece adherirse a estrictos principios científicos o de ingeniería. En los sistemas en que la adsorción competitiva o la interferencia biológica son evidentes, es difícil poder predecir el desempeño del carbon activado. Cada tipo de carbon activado tiene una cierta afinidad con cada tipo de compuesto, de manera que las variables son muchas; Sin embargo, muchos sistemas se basan en diseños y prácticas muy probados que han funcionado en el pasado, y la base de datos isotérmicos del carbón (información real y generada por computadora referente a la capacidad adsorsiva del carbon activado para compuestos específicos) ha crecido significativamente en los últimos 10 años.