Adsorción / Carbón activo

Adsorción con carbón activo

La adsorción es un proceso donde un sólido se utiliza para quitar una sustancia soluble del agua. En este proceso el carbón activo es el sólido. El carbón activo se produce específicamente para alcanzar una superficie interna muy grande (entre 500 - 1500 m 2 /g). Esta superficie interna grande hace que el carbón tenga una adsorción ideal. El carbón activo viene en dos variaciones: Carbón activado en polvo (PAC) y carbón activado granular (GAC). La versión de GAC se utiliza sobre todo en el tratamiento de aguas, puede fijar las siguientes sustancias solubles por adsorción:

  • Adsorción de sustancias no polares como:
    • Aceite mineral
    • BTEX
    • Poli-hidrocarburos aromáticos (PACs)
    • (Cloruro) Fenol
  • Adsorción de sustancias halogenadas: I, Br, Cl, H y F
  • Olor
  • Gusto
  • Levaduras
  • Varios productos de fermentación
  • Sustancias no polares (sustancias las cuáles no son solubles en agua)

El carbón activo se usa por ejemplo en los siguientes procesos:

  • Depuración de agua subterránea
  • Decloración del agua
  • Depuración de aguas para piscinas
  • Refinamiento de las aguas residuales tratadas

Descripción del proceso:

El agua es bombeada dentro de una columna que contiene el carbón activo, este agua deja la columna a través de un sistema de drenaje. La actividad del carbón activo de la columna depende de la temperatura y de la naturaleza de las sustancias. El agua pasa a través de la columna constantemente, con lo que produce una acumulación de sustancias en el filtro. Por esa razón el filtro necesita ser sustituído periódicamente. Un filtro usado se puede regenerar de diversas maneras, el carbón granular puede ser regenerado fácilmente oxidando la materia orgánica. La eficacia del carbón activo disminuye en un 5- 10% (1). Una parte pequeña del carbón activo se destruye durante el proceso de la regeneración y debe ser sustituída. Si usted trabaja con diversas columnas en serie, puede estar seguro de que no tendrá un agotamiento total de su sistema de purificación.

Descripción de la adsorción:

Las moléculas a partir de la fase del gas o del líquido serán unidas de una manera física a una superficie, en este caso la superficie es de carbón activo. El proceso de la adsorción ocurre en tres pasos:

  • Macro transporte : El movimiento del material orgánico a través del sistema del macro-poros del carbón activo (macro-poros > 50nm)
  • Micro transporte : El movimiento del material orgánico a través del sistema del micro-poros del carbón activo (microporo < 2nm; meso-poro 2-50nm)
  • Absorción: La adhesión física del material orgánico en la superficie del carbón activo en los meso-poros y micro-poros del carbón activo

El nivel de actividad de la adsorción se basa en la concentración de la sustancia en el agua, la temperatura y la polaridad de la sustancia. Una sustancia polar (= una sustancia que es soluble en agua) no puede ser eliminada o es malamente eliminada por el carbón activo, una sustancia no polar puede ser totalmente eliminada por el carbón activo. Cada clase de carbón tiene su propia isoterma de adsorción (véase el cuadro 1) y en el campo del tratamiento de aguas esta isoterma viene definida por la función de Freundlich.


La funcion de Freundlich:

x/m = sustancia adsorbida por gramo de carbón activo
Ce = diferencia de concentración (entre antes y después)
Kf, n = constantes específicas

La segunda curva del carbón activo (figura 2) muestra el agotamiento del filtro. Normalmente nosotros colocamos las unidades depuradoras-UV después de la columna de carbón activo.

¿Cuál es la diferencia entre adsorción y absorción?

Cuando una sustancia se adhiere a una superficie se habla de adsorción, es este caso, la sustancia se adhiere a la superficie interna del carbón activo . Cuando la sustancia es absorvida en un medio diferente esto es llamado absorción. Cuando un gas es atraído dentro de una solución se habla de absorción.

Bron: http://www.aapspharmscitech.org/scientificjournals/pharmscitech/volume2issue1/056/manuscript.htm Figura 1 :se ve la adsorción isotérmica especíifica para el carbón activo. En el eje horizontal se encuentra la concentración, y en el eje vertical la cantidad necesaria de carbón. Usted puede utilizar este tipo de gráficos para optimizar su columna.

Fuente figura 1: http://www.aapspharmscitech.org/scientificjournals/
pharmscitech/volume2issue1/056/manuscript.htm

Figura 2: nos muestra el agotamiento durante el uso de su columna. En el punto C3 la columna empieza a romper en el punto mas bajo y cerca del punto C4 su columna ya no purifica. Entre el punto C3 y C4 usted necesita regenerar la columna.

Fuente figura 2: http://www.activated-carbon.com


Factores que influyen en la adsorción de compuestos presentes en el agua:

  • El tipo de compuesto que desee ser eliminado. Los compuestos con elevado peso molecular y baja solubilidad se absorben más fácilmente.

  • La concentración del compuesto que desea ser eliminado. Cuanto más alta sea la concentración, más carbón se necesitará.

  • Presencia de otros compuestos orgánicos que competirán con otros compuestos por los lugares de adsorción disponibles.

  • El pH del agua. Por ejemplo, los compuestos ácidos se eliminan más fácilmente a pHs bajos.

Según esto podemos clasificar algunos compuestos según su probabilidad de ser eficazmente adsorbidos por el carbón activo en el agua:

1.- Compuestos con muy alta probabilidad de ser eliminados por el carbón activo:

2,4-D

Deisopropiltatracina

Linuron

Alacloro

Desetilatracina

Malation

Aldrin

Demeton-O

MCPA

Antraceno

Di-n-butilftalato

Mecoprop

Atracina

1,2-Diclorobenceno

Metazaclor

Azinfos-etil

1,3-Diclorobenceno

2-Metil bencenamina

Bentazona

1,4-Diclorobenceno

Metil naftaleno

Bifenil

2,4-Diclorocresol

2-Metilbutano

2,2-Bipiridina

2,5-Diclorofenol

Monuron

Bis(2-Etilhexil) Ftalato

3,6-Diclorofenol

Naftaleno

Bromacil

2,4-Diclorofenoxi

Nitrobenceno

Bromodiclorometano

Dieldrin

m-Nitrofenol

p-Bromofenol

Dietilftalato

o-Nitrofenol

Butilbenceno

2,4-Dinitrocresol

p-Nitrofenol

Hipoclorito de calcio

2,4-Dinitrotolueno

Ozono

Carbofurano

2,6-Dinitrotolueno

Paration

Cloro

Diuron

Pentaclorofenol

Dióxido de cloro

Endosulfan

Propacina

Clorobenceno

Endrin

Simacina

4-Cloro-2-nitrotolueno

Etilbenceno

Terbutrin

2-Clorofenol

Hezaclorobenceno

Tetracloroetileno

Clorotolueno

Hezaclorobutadieno

Triclopir

Criseno

Hexano

1,3,5-Trimetilbenceno

m-Cresol

Isodrin

m-Xileno

Cinacina

Isooctano

o-Xileno

Ciclohexano

Isoproturon

p-Xileno

DDT

Lindano

2,4-Xilenol

2.- Compuestos con alta probabilidad de ser eliminados por el carbón activo:

Anilina

Dibromo-3-cloropropano

1-Pentanol

Benceno

Dibromoclorometano

Fenol

Alcohol bencílico

1,1-Dicloroetileno

Fenilalanina

Ácido benzoico

cis-1,2- Dicloroetileno

Ácido o-ftálico

Bis(2-cloroetil) éter

trans-1,2- Dicloroetileno

Estireno

Bromodichloromethane

1,2-Dicloropropano

1,1,2,2-Tetracloroetano

Bromoformo

Etileno

Tolueno

Tetracloruro de carbono

Hidroquinona

1,1,1-Tricloroetano

1-Cloropropano

Metil Isobutil Ketona

Tricloroetileno

Clorotoluron

4-Metilbencenamina

Acetato de vinilo

3.- Compuestos con probabilidad moderada de ser eliminados por el carbón activo*:

Ácido acético

Dimetoato

Metionina

Acrilamida

Etil acetato

Metil-tert-butil éter

Cloroetano

Etil éter

Meti etil ketona

Cloroformo

Freón 11

Piridina

1,1-Dicloroetano

Freón 113

1,1,2-Tricloroetano

1,2-Dicloroetano

Freón 12

Cloruro de vinilo

1,3-Dicloropropeno

Glifosato

Dikegulac

Imazipur

*(Para estos compuestos el carbón activo es una tecnología efectiva solo en ciertos casos).

4.- Compuestos para cuya eliminación no es probable que el carbón activo sea efectivo. Sin embargo sí lo es en ciertos casos en los que el flujo o la concentración del compuesto son muy bajos:

Acetona

Cloruro de metileno

Acetonitrilo

1-Propanol

Acrilonitrilo

Propionitrilo

Dimetilformaldehido

Propileno

1,4-Dioxano

Tetrahidrofurano

Isopropil alcohol

Urea

Cloruro de metilo


Factores que influyen en la adsorción de compuestos presentes en el aire:

  • El tipo de compuesto que desea ser eliminado: En general los compuestos de alto peso molecular, baja presión de vapor/alto punto de ebullición y alto índice de refracción son mejor adsorbidos.

  • La concentración: Cuanto mayor sea la concentración, mayor será el consumo de carbón.

  • La temperatura: Cuanto más baja sea la temperatura, mejor será la capacidad de adsorción.

  • Presión: Cuanto mayor sea la presión, mayor será la capacidad de adsorción.

  • Humedad: Cuanto más baja sea la humedad, mayor será la capacidad de adsorción.

Si desea saber si cierto compuesto puede ser eliminado del aire con carbón activo, por favor póngase en contacto con nosotros.

Más información acerca de la regeneración del carbón activo.

1) fuente: Wastewater Engineering; Metcalf & Eddy; tercera edicion; 1991; página 317

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