carbón activado

Carbón Activado – Tipos, Características y Propiedades!

El carbón activado se usa para purificar líquidos y gases en una variedad de aplicaciones, que incluyen agua potable municipal, procesamiento de alimentos y bebidas, eliminación de olores, control de contaminación industrial y filtros de agua uso hogareño.

La conciencia pública y la preocupación por el agua potable segura, han llevado a los consumidores a instalar sistemas de filtros en sus hogares, purificando aún más el agua que beben.

Muchos de estos filtros de agua domésticos usan carbón activado para eliminar de manera confiable las impurezas disueltas y los subproductos de desinfección que pueden hacer que el agua sepa mal. Pero, ¿qué es el carbón activado y cómo funciona?

¿Qué es el carbón activado?

El carbón activado tiene una superficie increíblemente grande por unidad de volumen y una red de poros sub microscópicos donde se produce la adsorción.

El carbón activado es un material que se produce a partir de materiales de origen carbonoso, como carbón, coco, cáscaras de nuez, turba, madera y lignito.

La materia prima primaria utilizada para el carbón activado es cualquier material orgánico con un alto contenido de carbono.

El material a base de carbono se convierte en carbón activado mediante modificación física y descomposición térmica en un horno, bajo una atmósfera y temperatura controladas.

El producto terminado tiene una gran área de superficie y una red de poros donde tiene lugar la adsorción.

¿Cuáles son las propiedades del carbón activado?

Un producto de carbón activado puede caracterizarse por su actividad y propiedades físicas. Las propiedades de actividad incluyen la distribución del tamaño de poro que define el volumen de poro disponible de un carbono en tres regiones de tamaño de poro:

  • Región de microporos: menos de 100 Angstroms
  • Región de mesoporos: entre 100 y 1,000 Angstroms
  • Región de macroporos – más de 1,000 Angstroms

Las propiedades de distribución del tamaño de poro son indicadores clave del rendimiento potencial de un carbono para eliminar contaminantes (adsorbatos) del agua.

Las moléculas encontradas en la fase gaseosa son generalmente más pequeñas que las de las aplicaciones en fase líquida; por lo tanto, un carbono en fase gaseosa tiene la mayoría de sus poros concentrados en la región de microporos.

Debe estar disponible una amplia gama de tamaños de poro, tanto para facilitar el movimiento de los adsorbatos a través de los poros de carbono como para la adsorción de tamaños moleculares particulares.

Los carbonos en fase líquida a menudo contienen una distribución de tamaño de poro más amplia para eliminar cuerpos de color y materiales orgánicos más grandes, al tiempo que mantienen cierta micro porosidad para la eliminación de compuestos de sabor y olor.

Carbón Activado – Tipos, Características y Propiedades!
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Las propiedades físicas incluyen área de superficie, densidad del producto, tamaño de malla, resistencia a la abrasión y contenido de cenizas.

Las propiedades de carbono incluyen:

Número de yodo

Prueba estándar realizada para estimar el área de superficie del carbón activado midiendo la adsorción de yodo en un conjunto dado de condiciones de prueba estándar, informadas en mg I2 adsorbidos por gramo de carbono.

Área de superficie

Cantidad de superficie disponible para la adsorción de una masa de carbono determinada, medida mediante técnicas como la adsorción de nitrógeno BET; reportado en unidades de m2 / g.

Densidad del producto

Varias propiedades disponibles, incluida la densidad aparente, que es la densidad del carbono con la máxima eficiencia de empaque, informada en g / cc o lbs / cf.

Tamaño de malla

Medida del rango de partículas del producto granular, generalmente informada como un rango de aberturas de tamiz, como 12 x 40 para un carbono que pasa una pantalla de malla 12, pero se retiene en una pantalla de malla 40 con una especificación de la cantidad que se puede retener en la pantalla de apertura más grande o pasando la pantalla de apertura más pequeña.

Número de abrasión

Medida de la capacidad del producto de carbono para resistir el desgaste; Esta importante propiedad le permite a uno comprender cuán duradero es el carbón activado en aplicaciones donde se requiere retrolavado, se transferirá carbono o las velocidades de tratamiento están por encima del promedio.

Nivel de cenizas

Una medida del contenido de carbono activado sin carbono; todos los materiales base tienen un determinado componente de cenizas, con un contenido que varía de material base a material base; por ejemplo, el carbón de cáscara de coco tiende a tener más metales alcalinotérreos, mientras que los carbonos a base de carbón tienen más metales pesados.

¿Cómo funciona el carbón activado?

La adsorción física es el medio principal por el cual el carbón activado funciona para eliminar los contaminantes de las corrientes líquidas o de vapor.

La gran área de superficie de carbono por unidad de peso permite que los contaminantes se adhieran a los medios de carbón activado.

La gran área de superficie interna de carbono tiene varias fuerzas atractivas que trabajan para atraer otras moléculas.

Estas fuerzas se manifiestan de manera similar a la fuerza gravitacional; por lo tanto, los contaminantes en el agua son adsorbidos (o adheridos) a la superficie del carbono de una solución como resultado de las diferencias en la concentración de adsorbatos en la solución y en los poros del carbono.

La adsorción física se produce porque todas las moléculas ejercen fuerzas atractivas, especialmente las moléculas en la superficie de un sólido (paredes de poros de carbono), y estas moléculas de superficie buscan adherirse a otras moléculas.

El adsorbato disuelto migra desde la solución a través de los canales de poros para llegar al área donde se encuentran las fuerzas de atracción más fuertes.

Los contaminantes se adsorben porque la atracción de la superficie de carbono para ellos es más fuerte que las fuerzas de atracción que los mantienen disueltos en solución.

Los compuestos que exhiben esta preferencia por la adsorción pueden hacerlo cuando hay suficiente energía en la superficie del carbono para superar la energía necesaria para adsorber el contaminante.

Los contaminantes que son orgánicos, tienen altos pesos moleculares y son neutros, o no polares, en su naturaleza química se adsorben fácilmente en el carbón activado.

Para que los adsorbatos de agua se adsorban físicamente en el carbón activado, ambos deben disolverse en agua para que sean más pequeños que el tamaño de las aberturas de los poros de carbono y puedan pasar a través de los poros de carbono y acumularse.

Además de la adsorción física, pueden ocurrir reacciones químicas en una superficie de carbono.

Una de esas reacciones es la eliminación del cloro del agua que implica la reacción química del cloro con el carbono para formar iones de cloruro.

¿Por qué son diferentes los carbonos activados?

Los carbonos activados son diferentes debido al material de partida y los métodos de fabricación.

Estas materias primas establecen las características generales, y existirán diferencias en el producto terminado.

A nivel nacional, la mayoría de los carbonos se fabrican a partir de carbones. La materia prima base y los pasos de pre tratamiento antes de la activación pueden afectar muchas de las características físicas y de actividad del carbón activado.

Estas diferentes propiedades hacen que algunos carbonos sean más adecuados que otros para aplicaciones específicas.

Los carbonos activados bituminosos tienen una amplia gama de diámetros de poro.

Dado que estos carbonos tienen un diámetro de poro ancho y fino, son muy adecuados para la decloración general y la eliminación de una variedad más amplia de contaminantes químicos orgánicos del agua, incluidos los cuerpos de color más grandes.

El carbono a base de coco tiende a exhibir una mayor micro porosidad, que es más adecuada para la eliminación de bajas concentraciones de compuestos orgánicos, como en aplicaciones de agua potable.

Esta propiedad se puede deducir al comparar los números de yodo en los carbonos activados. Los carbonos con un mayor número de yodo tenderán a tener un área de superficie más grande; por lo tanto, tendrán una mayor capacidad para compuestos orgánicos adsorbidos débilmente.

Por otro lado, los carbonos con un menor número de yodo aún pueden tener poros más anchos, lo que podría favorecer la eliminación de grandes moléculas orgánicas.

Otro factor comparativo es la dureza del carbono. Por ejemplo, la resistencia a la abrasión de los carbonos activados puede ser importante si el carbón se va a utilizar en una aplicación donde se requerirá un lavado a contracorriente frecuente.

Como se mencionó anteriormente, los carbonos de coco tienen un mayor número de abrasión que los carbonos bituminosos a base de carbón y se espera que experimenten menos desgaste con el tiempo en este tipo de aplicación.

La densidad también puede ser una consideración importante para aplicaciones específicas. Como muestra la tabla a continuación, las densidades de los carbonos activados varían con la materia prima.

Menos libras de carbono con baja densidad caben en un contenedor dado en comparación con un carbono con alta densidad.

Esto es significativo porque, si bien un contenedor puede requerir menos peso de carbono de un carbono de baja densidad para llenar un volumen, su rendimiento de eliminación de contaminantes puede reducirse considerablemente en comparación con un carbono de mayor densidad.

Tabla comparativa

Propiedades típicas de los carbonos activados

Producidos a partir de diferentes materias primas

Coco      Bituminoso        Lignito

Número de yodo            1,100     950         600

Número de abrasión         85         75        60 60

Densidad aparente como embalado

En columna lbs / ft 3      25           25           23

% Ceniza                              3            6.7         20,1

El contenido de cenizas puede desempeñar un papel importante en las aplicaciones para el tratamiento del agua.

La fracción de ceniza soluble en agua puede liberarse en contacto con el carbón activado; esto puede conducir a efectos no deseados, como impartir nubosidad al agua.

Algunas aplicaciones con agua que tiene un pH bajo también pueden liberar cenizas solubles en ácido y en realidad pueden impartir color, como cuando los carbonos a base de carbón se exponen a agua de pH bajo y el hierro se eluye del carbón, impartiendo un color naranja amarillento al agua efluente.

Diferentes tipos de carbón activado

El carbón activado está disponible principalmente en tres formas: polvo, granular y extruido. Y cada forma está disponible en muchos tamaños.

Según la aplicación y los requisitos, se recomienda una forma y un tamaño específicos.

Carbón Activado Granular (GAC)

Las GAC son partículas de forma irregular formadas por molienda y tamizado. Estos productos van desde los tamaños de 0.2 mm a 5 mm.

Tienen las ventajas de ser más duraderos que los carbones activados en polvo, limpios para manipular, purificar grandes volúmenes de gas o líquidos de una calidad constante, y pueden reactivarse y reutilizarse muchas veces.

Los GAC se utilizan en aplicaciones de fase líquida y gaseosa y en sistemas fijos y móviles.

En usos en fase líquida, el carbón activado granular se empaqueta en columnas y torres a través de las cuales fluyen los líquidos.

Los GAC se usan donde hay un solo producto para refinar o producir continuamente en grandes cantidades.

En aplicaciones de fase gaseosa, los GAC tienen la ventaja de tener un flujo suficiente con una caída de presión aceptable a través del lecho de carbono.

Además, los carbonos activados granulares se regeneran y reutilizan casi siempre. El período entre la reactivación varía significativamente, pero en promedio es de 18 meses.

La pérdida de material durante la reactivación varía del 5% al ​​15%.

Carbón activado en polvo (PAC)

carbón activado en polvo

Los PAC generalmente tienen una distribución de tamaño de partícula que varía de 5 a 150 Å, aunque hay disponibles grados más gruesos y más finos.

Las ventajas de los carbonos activados en polvo son sus menores costos de procesamiento y su flexibilidad en la operación.

La dosis de carbón activado en polvo se puede aumentar o disminuir fácilmente a medida que varían las condiciones del proceso.

Los carbonos activados en polvo se utilizan principalmente para la adsorción en fase líquida. Se agregan al líquido a tratar, se mezclan con el líquido y, después de la adsorción, se eliminan por sedimentación y filtración.

Generalmente se usan en procesos por lotes, ya que la cantidad añadida puede alterarse fácilmente y el polvo puede eliminarse fácilmente.

La torta de polvo húmedo no se regenera debido a los problemas asociados con el reciclaje del carbono, sino que se incinera o se deposita en vertederos.

Carbono activado extruído

carbón activado extrudído

Estos son gránulos cilíndricos con un diámetro que varía de 1 mm a 5 mm. El proceso de extrusión, junto con la materia prima utilizada, asegura que el producto final sea duro y adecuado para aplicaciones de servicio pesado.

La forma del gránulo extruído produce una baja caída de presión del sistema, lo cual es una consideración importante en los usos en fase gaseosa.

Lectura Obligatoria!!!
La destilación es posiblemente el método más efectivo de purificación…