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CARBON ACTIVADO (Informe Practica No.4) Bareño, Elkin; Duran, Paola; Parra, Alejandra; Parra, Marcela. Estudiantes de Ingeniería Química. Cdigos! "#$%&'", "#'%(#', "#'&))(, "#$%#)#. *acultad de Ciencias *ísico+Químicas. ni-ersidad Industrial de antander. Bucaramanga. Pro/esor0es1! Cam2ronell, B. 3odrígue4, 5. 6ru7o! % Diciem2re (" de "#(&.
ResumenResumen
El carbón activado es carbón poroso que atrapa compuestos, principalmente orgánicos, presentes en un gas o en un líquido. Lo hace con tal efectividad, que es el puricante más utilizado por el ser humano. El carbón puede activarse mediante procesos térmicos o químicos. Los procesos químicos parten de la materia prima antes de carbonizarse, l os reactivos son agentes deshidratantes como ácido fosfórico! que rompen las uniones que ligan entre sí a las cadenas de celulosa. "espués de esta etapa, el material se carboniza a una temperatura relativamente ba#a, de unos $$%&' ( luego se lava para eliminar los restos de reactivo ( de otros subproductos. Los hornos en los que se activa un carbón térmicamente o en los que se carboniza un carbón previamente tratado con un químico, pueden ser rotatorios o verticales
1 INTROD RODUCCIÓN El carbón activado es un adsorbente preparado a partir de materiales carbonosos que se caracteriza por poseer una alta superficie interna, variedad de grupo gruposs func funcio iona nale less y una una buen buena a dist distri ribuc bució ión n de poro poros, s, propie propiedad dades es que le permit permiten en atrapar atrapar una gran diversidad diversidad de moléculas. La preparación de este tipo de material se lleva a cabo cabo a trav ravés de proc proces esos os físicos o químicos, mediante la inter nterac acci ción ón con gase gasess o la adición de químicos, respectivamente. Los carbones activados son utilizados generalmente en procesos de descon descontam tamina inació ción n de aguas, aguas, recu recupe pera raci ción ón de solv solven ente tes, s, control de
emis emisio ione nes, s, deco decolo lora raci ción ón de líquidos eliminación de olores, soportes catalíticos, entre otros proce proceso soss (Rod (Rodrí rígu guez ez,, !!"# !!"# $andosz, !!%& 'ara la producción de carbón activado se debe partir de una materia prima con propiedades bien bien def definid inidas as tales ales como como abundancia, dureza, estructura inerente de poros, alto cont conten enid ido o de carb carbon ono, o, ba)o ba)o cont conten enid ido o de ceni ceniza za y alt alto rendimi rendimient ento o en masa masa durant durante e el proceso de carbonización. E*iste E*isten n procesos procesos indust industrial riales es en donde se generan desecos como la cascarilla de ar arroz y el endocarpio de coco, materiales ricos en carbono con )
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prop propiiedad edades es +til +tiles es para para la producción de carbón activado, conv convir irtitién éndo dose se esto esto en una una buena alternativa para proporcionarle proporcionarle valor agregado agregado a residuos industriales, beneficiando a la agroindustria en el mane)o ambiental de .
superf superfic icia iall disp dispon onib ible le teng tenga a un sólid sólido, o, me)o me)orr adso adsorbe rbent nte e podr podr ser. El carbón activado es un producto que posee una estructura cristal cristalina ina reticu reticulars larsimi imilar lar a la del gra grafito# es e*tremad emada ament mente e poroso y puede llegar a desarrollar reas superficiales del orden de 3,"!! metros cuadrados, por gramo de carbón. 4odos los tomos de carbón en la superficie de un cris ristal son capac paces de atraer atraer molécu moléculas las de compue compuesto stoss que que caus causan an colo colorr, olor olor o sabo sabor r indeseables# la diferencia con un carb carbón ón acti activa vado do cons consis iste te en la cantidad de tomos en la superficie disponibles para realizar la adsorción. En otras palabras, la activ activac ació ión n de cual cualqu quie ierr carbó carbón n consiste en / multiplicar/ el rea superficial superficial creando una estructura estructura porosa.
2 OBJTIVO! ono onoce cerr el proc proces eso o para para la elaboración de carbón activado e identificar las características del product producto o obteni obtenido, do, seg+n seg+n las materias primas utilizadas.
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Reconocer el proceso fisi fisico coqu quím ímic ico o que que llev lleva a a la obtención del carbón activado. -dquirir abilidad en la manipulación de los elementos y mquinas, que son empleadas para la fabricación de carbón activado.
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-l caracterizar el producto obte obteni nido do,, dete determ rmin inar ar como como influyen las variables, en tales carcteristicas " #arco Te$rico
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".1.1 Com*o&ici$n %mica El término carbón activo designa un amplio espectro de materiales que se diferencian fundamentalmente en su estruct estructura ura intern interna a (disti (distinci nción ón de poros y superficie específica& y en su granulometría. 1esde el punto de vista de la composición quí químic mica, el carbón rbón act activo ivo es carb carbón ón prc prctitica came ment nte e puro puro,, al igua iguall que que lo es el diam diaman ante te,, el grafito, el negro de umo y los diversos carbones minerales o de le5a. 4odos dos ell ellos posee seen la pro propiedad de adso dsorber, que
Es conveniente analizar primero el proc proceso eso de adsor adsorci ción ón,, para para así así comprender me)or como es que el carbón activado realiza su función. La adsorción es un proceso por el cual los tomos en la superficie de un sólido, atraen y retienen molécu moléculas las de otros otros compuest compuestos. os. Esta Estass fuer fuerzas zas de atra atracc cció ión n son son conocidas como / fuerzas de 0an 1er 2aals/. 'or lo tanto al ser un fenómeno que ocurre en la supe superf rfic icie ie mien mientr tras as mayor mayor rea rea *
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consiste en un fenómeno fisicoquímico en el que un sólido llamado llamado adsorbente atrapa en sus paredes a cierto tipo de moléculas, moléculas, llamadas llamadas adsorbatos adsorbatos y que estn contenidas en un líquido o gas.
Las materi materias as primas primas ms utiliz utilizadas adas para para fabri fabrica carr carbó carbón n acti activa vado do son; son; made madera rass poco poco dura durass (com (como o la de pino&, carbones minerales (ligníticos, bituminosos y de antracita& y csc cscar aras as o ueso uesoss de veget egetal ales es (conca de coco, ueso de aceituna o de durazno, cscara de nuez&.
La composición química del carbón activo es apro*imadamente un 6"78!9 en carbono, ":3!9 en cenizas, %!9 en
Los carbones activados fabricados a partir de maderas poco duras, forman poro poross de dim dimet etro ro gra grande, nde, y son son part partic icul ular arme ment nte e adec adecua uado doss para para decolorar rar líqui quidos. os. Los que se fabrican a partir de carbones mine minerrales ales,, tiend ienden en a forma ormarr una una ampl amplia ia gama gama de poro poros# s# suel suelen en ser ser ms adecuados para aplicaciones aplicaciones en las que los compuestos que buscan retene retenerse rse son de distint distintos os tama5o tama5oss mol molecul ecular ares es.. Los Los que que part parte en de csc cscar aras as o ues uesos os duro duros, s, form forman an poros peque5os, y se aplican en el tratamiento de gases o en la potabilización de aguas que provienen de pozos.
".1.2 &trctra f%&ica El carbón activo posee una estr estruc uctu tura ra micr microc ocri rist stal alin ina a que que recuerda en cierta medida a la del grafito. Esta estruct uctura que presenta presenta el carbón activo da lugar normalmente a una distribución de tama5o de poro bien determinada. -sí, se pueden distinguir tres tipos de poros seg+n su radio; macroporos (r<" nm&, mesoporos ("< ("anual del arbón -ctivo
".2#ateri ".2#at eria& a& Prima& Prima& Para Para O+tene O+tener r Car+$n Acti,a-o 'odría 'odría activa activarse rse cualqui cualquier er partícu partícula la de carbón, no obstante, si el carbón est muy ordenado (como es el caso del diamante o el grafito&, es difícil eliminar algunos tomos de carbono para generar poros.
Bigura 3 'artícula de carbón activado.
"." Ca*aci-a- -e A+&orci$n
?na manera de clasificar carbones, se basa en el grado de @coquizaciónA u orde ordenam namie ient nto o de sus sus tom tomos os de carbono. >ientras menos ordenados, ordenados, el carbón es menos duro y puede activarse con mayor facilidad.
La capacidad de un carbón activado para retener una sustancia determinada no sólo est dada por su rea superficial, sino por la proporción de poros cuyo tama5o sea el adecuado ado, es decir, un poco oco +
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adecuado tiene un dimetro de entre una y cinco veces la molécula molécula de que se va a adsorber. Ci se cumple esta condición, la capacidad de un carbón activado activado puede ser de entre el !9 y el "!9 de su propio peso.
5.2 PROCED PRO CEDIMIE IMIENTO NTO
.2.1 Pe&o -e 0a materia *rima Ce pesa esaron los crisoles vac vacíos post poster erio iorm rmen ente te,, se llen llenar aron on con la materia prima correspondiente y se pesar pesaron on de nuev nuevo o para para conoce conocerr la cantidad de cascarilla de arroz y coco a utilizar..
4 Proce&o -e o+tenci$n o+tenci $n La materia prima se somete a una clasificación previa y un proceso de redu reducc cció ión n de tama tama5o 5o para para lueg luego o pasar a un proceso de carbon carboniza izació ción. n. El carbón carbón product producto o de la piro pirolilisi siss es prc prctitica came ment nte e inact inactiv ivo o , con con rea rea espe especí cífifica ca de pocos ocos met metros ros cua cuadr dra ados, dos, un proceso final de activación permite desarrollar una amplia rea superficial y una porosidad desarrollada , la activación se logra por activación química o activación física, el carbón activado es sometido sometido a proceso de lavado lavado para liberarlo de de los residuos de los agentes activantes.
.2.2 Aforo -e 0a materia *rima se real realiz izó ó el afor aforo o de la mate materi ria a prima con agua para poder determinar la cantidad de solución de cido fosfó sfórico requer queriido para ara impregnar las muestras..
Part Partee e/*e e/*eri rim menta enta00 5.1 EQUIPOS Y MATERIALES
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asc ascaril rilla de de arr arroz oz.. asc ascaril rilla de coco. risoles co con ta tapa. Dcido fo fosfórico. -zul de de me metileno. 'ipeta. 'robeta. -gua. -gua destilada. 0asos sos de de prec preciipita pitado do.. >ufla. $alanza. 'laca laca de cale calent ntam amie ient nto. o. -gitador ma magnético. co. Embudos.
*igura . A/oro del material material
.2." A-ici$n -e ci-o fo&f$rico 'ara 'ara real realiz izar ar la impr impreg egna naci ción ón del del mate materia rial,l, se requie requiere re prep prepara ararr una una solución diluida de cido fosfórico y agua desti stilada. La rel relaci ación de material y cido utilizada fue de ";3. El cid cido o fosf fosfór óric ico o empl emplea eado do en el laborat laboratori orio o tenía tenía una concent concentraci ración ón de 8"9 y una densidad de 3,63 gml, los los clc clcul ulos os corr corres espo pond ndie ient ntes es se
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mues muestr tran an el rea rea de resu resultltad ados os y discusión.
Car2ones acti-ados
.2. 5a,a-o &eca-o &eca- o *igura 8cido /os /os/rico im7regnar las muestras.
7ar 7ara
.2.4 Car+oni3aci$n acti,aci$n 'asadas las F oras, se introdu)eron introdu)eron los crisoles crisoles en una mufla para secar las muestras y posterior a esto esto,, se llev llevar aron on a un orn orno o para para realizar el proceso de carbonización y activación.
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El carbón obtenido se lavó para retirar la mayor cantidad posible de cido fosfórico utilizando un agitador magnético y "!! ml de agua destilada. En un vaso de precipitado se depositó el agua destilada y se agregó el carbón obtenido, se agitó durante 3" min a "!G, posteriormente se filtró y se midió el pH utilizando bandas de pH. Ce
momento de realizar la comparación entre éstos el error fuera mínimo.
Maceracin del car2n o2tenido.
Ce pesó pesó 3 gram gramo o de cada cada carb carbón ón fabr fabric icad ado o y de carb carbón ón come comerc rcia ial,l, post poster erio iorm rmen ente te se agre agrega garo ron n los los carbones en vasos de precipitado con 3!! 3!! ml de azul azul de meti metilleno eno y se sometieron a agitación magnética por una ora.
realizaron realizaron I lavados, lavados, asta que le pH de las muestras alcanzo un valor en el rango de ?na ?na vez vez term termin inad ado o el proc proces eso o de lavado, lavado, se removió removió la mayor cantidad de agua posible de los carbones carbones y se depositaron en una ca)a de 'etri para ser posteriormente secados en una mufla.
Im7regnacin con a4ul de metileno 9 agitacin magn:tica.
6 Carac aractteri eri3a 3aci ci$n $n 1espués de secar el carbón en la mufla, con ayuda de un mortero, se maceró el carbón para disminuir el tama5o de partícula. Ce llevó a un tama5o similar al del carbón comercial con el fin de que al -
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1espués del proceso de agitación, se filt filtra raro ron n los los carb carbon ones es util utiliz izan and do embudos y filtros de papel.
R!UTADO! 7 ANA5I!I!
R!U5TADO!
Conc0&ione& Bi+0io8raf%a
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