Informe Carbon Activado 3u139

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CARBON ACTIVADO (Informe Practica No.4) Bareño, Elkin; Duran, Paola; Parra, Alejandra; Parra, Marcela. Estudiantes de Ingeniería Química. Códigos: 2083492, 2093109, 2094551, 2083050. Facultad de Ciencias Físico-Químicas. Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga. Profesor(es): Cambronell, B. Rodríguez, J. Grupo: 3 Diciembre 12 de 2014.

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 purificante 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, los reactivos son agentes deshidratantes (como ácido fosfórico) que rompen las uniones que ligan entre sí a las cadenas de celulosa. Después de esta etapa, el material se carboniza a una temperatura relativamente baja, de unos 550ºC y luego se lava para eliminar los restos de reactivo y 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 INTRODUCCIÓN El carbón activado es un adsorbente preparado a partir de materiales carbonosos que se caracteriza por poseer una alta superficie interna, variedad de grupos funcionales y una buena distribución de poros, propiedades que le permiten atrapar una gran diversidad de moléculas. La preparación de este tipo de material se lleva a cabo a través de procesos físicos o químicos, mediante la interacción con gases o la adición de químicos, respectivamente. Los carbones activados son utilizados generalmente en procesos de descontaminación de aguas, recuperación de solventes, control de

emisiones, decoloración de líquidos eliminación de olores, soportes catalíticos, entre otros procesos (Rodríguez, 2005; Bandosz, 2006) Para la producción de carbón activado se debe partir de una materia prima con propiedades bien definidas tales como abundancia, dureza, estructura inherente de poros, alto contenido de carbono, bajo contenido de ceniza y alto rendimiento en masa durante el proceso de carbonización. Existen procesos industriales en donde se generan desechos como la cascarilla de arroz y el endocarpio de coco, materiales ricos en carbono con 1

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propiedades útiles para la producción de carbón activado, convirtiéndose esto en una buena alternativa para proporcionarle valor agregado a residuos industriales, beneficiando a la agroindustria en el manejo ambiental de .

superficial disponible tenga un sólido, mejor adsorbente podrá ser. El carbón activado es un producto que posee una estructura cristalina reticularsimilar a la del grafito; es extremadamente poroso y puede llegar a desarrollar áreas superficiales del orden de 1,500 metros cuadrados, por gramo de carbón. Todos los átomos de carbón en la superficie de un cristal son capaces de atraer moléculas de compuestos que causan color, olor o sabor indeseables; la diferencia con un carbón activado consiste en la cantidad de átomos en la superficie disponibles para realizar la adsorción. En otras palabras, la activación de cualquier carbón consiste en " multiplicar" el área superficial creando una estructura porosa.

2 OBJETIVOS  Conocer el proceso para la elaboración de carbón activado e identificar las características del producto obtenido, según las materias primas utilizadas. 

Reconocer el proceso fisicoquímico que lleva a la obtención del carbón activado.



Adquirir habilidad en la manipulación de los elementos y máquinas, que son empleadas para la fabricación de carbón activado.

3.1Características químicas

Al caracterizar el producto obtenido, determinar como influyen las variables, en tales carácteristicas 3 Marco Teórico

físico-

3.1.1 Composición química El término carbón activo designa un amplio espectro de materiales que se diferencian fundamentalmente en su estructura interna (distinción de poros y superficie específica) y en su granulometría. Desde el punto de vista de la composición química, el carbón activo es carbón prácticamente puro, al igual que lo es el diamante, el grafito, el negro de humo y los diversos carbones minerales o de leña. Todos ellos poseen la propiedad de adsorber, que

Es conveniente analizar primero el proceso de adsorción, para así comprender mejor como es que el carbón activado realiza su función. La adsorción es un proceso por el cual los átomos en la superficie de un sólido, atraen y retienen moléculas de otros compuestos. Estas fuerzas de atracción son conocidas como " fuerzas de Van Der Waals". Por lo tanto al ser un fenómeno que ocurre en la superficie mientras mayor área 2

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consiste en un fenómeno fisicoquímico en el que un sólido llamado adsorbente atrapa en sus paredes a cierto tipo de moléculas, llamadas adsorbatos y que están contenidas en un líquido o gas.

Las materias primas más utilizadas para fabricar carbón activado son: maderas poco duras (como la de pino), carbones minerales (ligníticos, bituminosos y de antracita) y cáscaras o huesos de vegetales (concha de coco, hueso de aceituna o de durazno, cáscara de nuez).

La composición química del carbón activo es aproximadamente un 75-80% en carbono, 5–10% en cenizas, 60% en

Los carbones activados fabricados a partir de maderas poco duras, forman poros de diámetro grande, y son particularmente adecuados para decolorar líquidos. Los que se fabrican a partir de carbones minerales, tienden a formar una amplia gama de poros; suelen ser más adecuados para aplicaciones en las que los compuestos que buscan retenerse son de distintos tamaños moleculares. Los que parten de cáscaras o huesos duros, forman poros pequeños, y se aplican en el tratamiento de gases o en la potabilización de aguas que provienen de pozos.

3.1.2 Estructura física El carbón activo posee una estructura microcristalina que recuerda en cierta medida a la del grafito. Esta estructura que presenta el carbón activo da lugar normalmente a una distribución de tamaño de poro bien determinada. Así, se pueden distinguir tres tipos de poros según su radio: macroporos (r>25 nm), mesoporos (25>r>1 nm) y microporos (r<1 nm). Manual del Carbón Activo

3.2Materias Primas Para Obtener Carbón Activado Podría activarse cualquier partícula de carbón, no obstante, si el carbón está muy ordenado (como es el caso del diamante o el grafito), es difícil eliminar algunos átomos de carbono para generar poros.

Figura 1 Partícula de carbón activado. 3.3 Capacidad de Absorción

Una manera de clasificar carbones, se basa en el grado de “coquización” u ordenamiento de sus átomos de carbono. Mientras menos 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 está dada por su área superficial, sino por la proporción de poros cuyo tamaño sea el adecuado, es decir, un poco 3

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adecuado tiene un diámetro de entre una y cinco veces la molécula de que se va a adsorber. Si se cumple esta condición, la capacidad de un carbón activado puede ser de entre el 20% y el 50% de su propio peso.

5.2 PROCEDIMIENTO 5.2.1 Peso de la materia prima: Se pesaron los crisoles vacíos posteriormente, se llenaron con la materia prima correspondiente y se pesaron de nuevo para conocer la cantidad de cascarilla de arroz y coco a utilizar..

4 Proceso de obtención La materia prima se somete a una clasificación previa y un proceso de reducción de tamaño para luego pasar a un proceso de carbonización. El carbón producto de la pirolisis es prácticamente inactivo , con área específica de pocos metros cuadrados, un proceso final de activación permite desarrollar una amplia área superficial y una porosidad desarrollada , la activación se logra por activación química o activación física, el carbón activado es sometido a proceso de lavado para liberarlo de de los residuos de los agentes activantes.

5.2.2 Aforo de la materia prima: se realizó el aforo de la materia prima con agua para poder determinar la cantidad de solución de ácido fosfórico requerido para impregnar las muestras..

5 Parte experimental 5.1 EQUIPOS Y MATERIALES -

Cascarilla de arroz. Cascarilla de coco. Crisoles con tapa. Ácido fosfórico. Azul de metileno. Pipeta. Probeta. Agua. Agua destilada. Vasos de precipitado. Mufla. Balanza. Placa de calentamiento. Agitador magnético. Embudos.

Figura . Aforo del material

5.2.3 Adición de ácido fosfórico: Para realizar la impregnación del material, se requiere preparar una solución diluida de ácido fosfórico y agua destilada. La relación de material y ácido utilizada fue de 5:1. El ácido fosfórico empleado en el laboratorio tenía una concentración de 85% y una densidad de 1,71 g/ml, los cálculos correspondientes se 4

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muestran el área de resultados y discusión.

Carbones activados

5.2.5 Lavado y secado: Figura ácido fosfórico impregnar las muestras.

para

5.2.4 Carbonización y activación: Pasadas las 24 horas, se introdujeron los crisoles en una mufla para secar las muestras y posterior a esto, se llevaron a un horno para realizar el proceso de carbonización y activación.

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El carbón obtenido se lavó para retirar la mayor cantidad posible de ácido fosfórico utilizando un agitador magnético y 500 ml de agua destilada. En un vaso de precipitado se depositó el agua destilada y se agregó el carbón obtenido, se agitó durante 15 min a 50°C, posteriormente se filtró y se midió el pH utilizando bandas de pH. Se

momento de realizar la comparación entre éstos el error fuera mínimo.

Maceración del carbón obtenido. Se pesó 1 gramo de cada carbón fabricado y de carbón comercial, posteriormente se agregaron los carbones en vasos de precipitado con 100 ml de azul de metileno y se sometieron a agitación magnética por una hora.

realizaron # lavados, hasta que le pH de las muestras alcanzo un valor en el rango de Una vez terminado el proceso de lavado, se removió la mayor cantidad de agua posible de los carbones y se depositaron en una caja de Petri para ser posteriormente secados en una mufla.

Impregnación con azul de metileno y agitación magnética.

6 Caracterización: Después de secar el carbón en la mufla, con ayuda de un mortero, se maceró el carbón para disminuir el tamaño de partícula. Se llevó a un tamaño similar al del carbón comercial con el fin de que al 6

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Después del proceso de agitación, se filtraron los carbones utilizando embudos y filtros de papel.

RESUTADOS Y ANALISIS

RESULTADOS:

Conclusiones Bibliografía

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