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El carbn activado es uno de los adsorbentes ms empleados en el tratamiento de aguas y efluentes industriales debido a su elevada capacidad para eliminar contaminantes orgnicos e inorgnicos, considerable rea superficial, adecuada distribucin de tamao de poro y relativa resistencia mecnica [1]. Su elevado coste de fabricacin, unido a las dificultades del proceso de regeneracin, ha desembocado en una bsqueda constante de precursores econmicos, relacionados, principalmente, con los residuos lignocelulsicos procedentes de la agricultura [1 y 2].

Produccin de carbones activados de bajo costePor caracterizacin y aprovechamiento de la hoja de platanera

AlgunAs de lAs mAteriAs pri-mAs AgrcolAs utilizadas en la produccin de carbn activo son ta-llo de algodn, mazorca de maz, ho-jas de remolacha azucarera y paja de cebada [2]. en general, se prefieren con reducido contenido en materia inorgnica, alta proporcin de car-bono y adecuado comportamiento trmico [3], motivo por el cual los precursores son evaluados a travs de su Anlisis elemental (Ae) y de su Anlisis termogravimtrico (tg), pues la caracterizacin trmica pue-de ser utilizada en la eleccin de las temperaturas de carbonizacin [4].

la organizacin de las nacio-nes unidas para la Alimentacin y la Agricultura considera que el pl-tano es el cuarto cultivo alimentario ms importante a nivel mundial, con una produccin y superficie culti-vada en el ao 2010 que superaron los 1.021011 kg y los 4.771010 m2 , respectivamente, siendo un sector agrcola que genera gran cantidad de residuos lignocelulsicos. particular-mente, las variedades Pequea Enana y Gran Enana, subgrupo Cavendish, generan alrededor de 0.8 kgm-2 de pseudotallo, 0.77 kgm-2 de follaje y 0.05 kgm-2 de raquis [5].

diferentes residuos de la platane-ra han sido utilizados con distintos tipos de activantes qumicos para la produccin de carbn activo [6, 7 y 8]. mopoung [6] emple la cscara del pltano y realiz la activacin qu-mica con hidrxido de potasio. Bha-gat y manocha [7] usaron pseudota-llo de platanera y utilizaron cido fos-frico, cido ntrico, cloruro de cinc e hidrxido potsico para realizar la activacin qumica, mientras que salman y Hameed [8] produjeron carbn activado a partir de pseudope-colos de la platanera, y los activaron empleando hidrxido de potasio.

por otro lado, los residuos ligno-celulsicos frecuentemente son acti-vados con cido fosfrico y cloruro de cinc [9]. sin embargo, el cido fosfrico requiere menores tempera-turas de carbonizacin [10] y genera menor impacto medioambiental [9].

es por lo que en este trabajo, con-siderando lo anterior, se decidi utili-zar limbos de hoja de platanera de las variedades Pequea Enana y Gran Ena-na como materia precursora en la pro-duccin de carbn activo, utilizando activacin qumica con cido fosfri-co. en este sentido, este precursor ve-getal fue caracterizado a travs de Ae y de tg, seleccionndose las tempe-

medIo ambIente

MA

P. Susial y M. A. Martn-GonzlezLaboratorio de tecnologa Qumica generaldepartamento de Ingeniera de Procesosescuela de Ingenieras Industriales y civilesuniversidad de Las Palmas de gran canaria

IngenIera QumIca 43

ProduccIn de carbones actIvados de bajo coste

enero 2013

raturas de carbonizacin en base a los resultados obtenidos en dicho anlisis trmico. la hoja de platanera se acti-v con diferentes concentraciones de cido fosfrico, con el propsito de es-tudiar, a travs del tg, el efecto del ac-tivante qumico y de su concentracin en el proceso de degradacin trmica de este desecho lignocelulsico, com-parando as los resultados obtenidos en este trabajo con los reportados por otros investigadores en la activacin qumica de otros precursores con el mismo producto. tambin se analiz la influencia de la concentracin de activante y de la temperatura de car-bonizacin sobre el rendimiento del proceso de produccin de los carbo-nes activados, mientras que la tcnica de fisisorcin de nitrgeno fue em-pleada en la caracterizacin textural de los carbones activos producidos.

2. Parte experimental

2.1. materialesHojas secas de platanera de las

variedades anteriormente indicadas fueron recolectadas en explotacio-nes agrcolas de gran canaria para ser utilizadas como precursor de car-bn activado. en la preparacin de las distintas disoluciones, as como en el proceso de lavado del precur-sor y de los carbones activados pro-ducidos, se utiliz agua desionizada [pH (22.2c) = 5.39, conductividad (25c) = 4.66 scm-1, slidos tota-les disueltos = 3.00 mgl-1] obtenida mediante un sistema de purificacin millipore. cido orto-fosfrico (pu-reza = 85% m/m) fue utilizado para preparar las diferentes disoluciones

del agente activante, mientras que hidrxido de sodio (pureza = 98% m/m) fue aplicado en disoluciones diluidas durante el lavado de los ad-sorbentes generados. Ambos produc-tos fueron suministrados por la firma comercial panreac, s.A.

2.2. acondicionamiento del precursorel precursor se cepill en sentido longitudinal para eliminar polvo, y los limbos de la hoja de platanera fueron separados mediante corte manual, triturados y tamizados con el propsito de clasificar la materia triturada en funcin del tamao me-dio de partcula, pues esta variable parece ejercer gran influencia en la capacidad de adsorcin del carbn activado[11 y 12]. es por ello que la fraccin del cernido correspondiente a 300 m fue seleccionada como pre-cursor, ya que los tamaos pequeos de las partculas precursoras favore-cen la formacin de grupos funciona-les sobre la superficie del carbn ac-tivo, debido a la ms eficaz actuacin del agente activante durante el pro-ceso de activacin qumica [11,12].

para eliminar impurezas de na-turaleza hidrosoluble que pudieran afectar negativamente en la etapa de activacin qumica, el precursor seleccionado fue lavado con agua desionizada a 25 1c, en rgimen de agitacin a 1100 r.p.m., durante un periodo de 2 h y empleando 20 ml de agua por 1 g de materia pri-ma. posteriormente, el precursor fue separado de la fase lquida mediante filtracin gravitatoria, y se sec a 105 5c durante 24 h utilizando una es-tufa conterm Jp selecta.

2.3. activacinel precursor lavado y seco se trat qumicamente con disoluciones de cido fosfrico al 18,9%, 27,8% y 35,6% m/m. previamente, para de-terminar el volumen de disolucin activante necesaria para impregnar por completo una masa de precur-sor, fueron realizadas diversas prue-bas sumergiendo 1 g de limbo de platanera en diferentes volmenes de disolucin de cido fosfrico de la mayor concentracin. se observ que 10 ml eran suficientes para la anterior masa de precursor, lo que coincide con lo indicado en la biblio-grafa [13, y 4].

la relacin de impregnacin, co-ciente de la masa de cido fosfrico y la masa de precursor, que genera mayores reas superficiales, se en-cuentran en el intervalo 1 a 4 g de H3po4/g de precursor [15]. por tan-to, en este trabajo se seleccionaron 2, 3 y 4 g de H3po4/g de materia prima (tabla 1). las diferentes mezclas pre-paradas de precursor y activante se sometieron a agitacin mecnica en un agitador orbital (nahita 685/2) a 100 r.p.m. durante 2 h. posterior-mente, los distintos preparados se dejaron en reposo siete das a tem-peratura ambiente para posibilitar la penetracin del cido fosfrico en el interior de las partculas del precur-sor. tales condiciones de activacin son similares a las mencionadas en la literatura [16].

el material activado se separ de la disolucin activante mediante fil-tracin por gravedad, y se extendi en recipientes de borosilicato refrac-tario, que se introdujeron en la estufa a 105 5c durante 24 h para retirar la humedad. posteriormente, el sli-

tabla 1

IdeNtIfIcacIN de los carboNes actIvados ProducIdos y sus reNdImIeNtos

Carbn aCtivorelaCin impregnaCin

(g h3Po4/g )t (C)

rendimiento tras CarbonizaCin (%)

rendimiento tras lavado y seCado (%)

ca-1 2 450 98,15 31,73

ca-2 2 550 97,86 26,85

ca-3 2 650 97,16 30,42

ca-4 3 450 97,87 34,54

ca-5 3 550 97,63 29,95

ca-6 3 650 96,92 36,18

ca-7 4 450 97,53 35,13

ca-8 4 550 97,19 31,73

ca-9 4 650 96, 51 26,21

Medio AMbiente

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do activado fue tratado trmicamen-te a 170 5c durante 24 h [17]. la materia as procesada adquiri color negro y consistencia blanda, aspec-tos coincidentes con los informados en la literatura [11], que pueden ser atribuidos al debilitamiento estructu-ral provocado por el cido fosfrico.

2.4. anlisis elemental y anlisis termogravimtrico muestras de limbo y de nervadura central de hoja de platanera, acondi-cionadas como previamente se indic, fueron remitidas al servicio de Anli-sis elemental del servicio general de Apoyo a la investigacin (segAi) de la universidad de la laguna, donde fue realizado el Ae con un analizador elemental cHns Flash 1112 eA.

por otra parte, muestras de limbo virgen y activado con las tres concen-traciones de cido fosfrico menciona-das se enviaron al servicio de Anlisis trmico del segAi para ser sometidas a tg en una balanza termogravimtri-ca pyris diamond tgA/dtA perkin elmer. este anlisis fue desarrollado en crisoles de platino, en atmsfera controlada de aire, con una velocidad de calentamiento de 10cmin-1 y tem-peratura mxima de 1.010c.

2.5. carbonizacinlos precursores activados fueron car-bonizados en una mufla (elF 11/14 B carbolite), utilizando crisoles ce-rmicos cerrados con tapa. se selec-cion 10cmin-1 como rampa de calentamiento y periodo de 2 h para la carbonizacin [14 y 18]. las tem-

peraturas de carbonizacin se aplica-ron considerando los termogramas obtenidos, criterio similar al emplea-do por otros investigadores [19]. consiguientemente, nueve carbones activados (tabla 1) fueron obtenidos como resultado de variar relaciones de impregnacin y temperaturas de carbonizacin.

2.6. Postratamientopara la eliminacin del cido fosf-rico residual, los adsorbentes obte-nidos se sometieron a un proceso de lavado empleando un sistema de evaporacin-condensacin con re-flujo total. puesto que el tratamiento con cido fosfrico genera carbones cidos (2 < pH < 4), se decidi desa-rrollar el lavado en condiciones alca-linas. en tal sentido, 10 g de carbn activado fueron introducidos en un matraz de destilacin con 500 ml de agua desionizada. progresivamente, a intervalos de 30 minutos aproxima-damente, se dosificaron porciones prximas a 0,5 ml de hidrxido de sodio al 5% m/m para generar un gradiente de pH que favoreciera la extraccin de cido fosfrico y redu-jera el contenido de cenizas [20]. el pH de la disolucin fue verificado pe-ridicamente, y el proceso fue repeti-do hasta que result ser mayor que 5, de tal modo que periodos de lavado superiores a 8 h fueron empleados.

los carbones lavados se separaron del lquido por decantacin, despus de sedimentar el slido gravitatoria-mente. el slido hmedo se almace-n durante siete das en 300 ml de agua desionizada. posteriormente, a

pH neutro, fue corregido el lquido en el que estaba cada uno de los car-bones. tras la neutralizacin se pro-cedi a homogeneizar la suspensin mediante agitacin, y, despus de 10 minutos, los preparados se almace-naron en reposo durante siete das. el proceso se repiti hasta que todos los lquidos clarificados presentaban un pH comprendido entre 6.5 y 7.5; cuando ello se verific, se procedi a retirar por decantacin el lquido y se inici una nueva etapa de lavado.

en la segunda fase de lavado cada uno de los adsorbentes se lav con 500 ml de agua desionizada a 50c, en rgimen de agitacin, a 1100 r.p.m. durante 30 min; posteriormen-te se dejaron sedimentar durante 24 h. el proceso se repiti nuevamente con aquellos carbones cuyos lquidos de lavado presentaban desviaciones en el rango de pH comprendido en-tre 6.0 y 8.0. Finalmente, despus de sedimentar y eliminar el lquido por decantacin, se procedi a secar los carbones hmedos a 105 5c en estufa durante 24 h. los adsorbentes exentos de humedad fueron someti-dos a trituracin y tamizado con la intencin de obtener un tamao de partcula uniforme menor a 250 m.

2.7. caracterizacin superficialFueron seleccionados los carbones cA-2, cA-5 y cA-8 (tabla 1) con el propsito de estudiar el efecto que ejerce la concentracin de activante en la superficie especfica y en el vo-lumen de poros de los adsorbentes resultantes. en consecuencia, mues-tras de tales adsorbentes fueron remi-

tabla 2

comPosIcIN qumIca de dIfereNtes Precursores agrcolas

preCursor C H o n s ref.

caa de Arundo Donax 49,3 6,0 44,4 0,3 - [15]

fruto del pino 42,62 5,56 51,01 0,76 0,05 [24]

Hojas de remolacha azucarera 44,5 5,9 42,8 1,84 0,13 [2]

limbo de platanera 43,44 5,47 49,03 2,06 - [*]

mazorca de maz 46,3 5,6 42,19 0,57 - [2]

Nervadura central de platanera 36,90 4,66 57,21 1,23 - [*]

residuos de t 50,15 6,03 41,04 2,40 0,38 [4]

tallos de arroz 41,8 4,63 36,6 0,7 0,08 [2]

tallos de cebada 46,8 5,53 41,9 0,41 0,06 [2]

tallos de girasol 52,9 6,58 35,9 1,38 0,15 [2]

[*] este trabajo.

IngenIera QumIca 45

ProduccIn de carbones actIvados de bajo coste

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tidas a la unidad de Anlisis trmico y slidos porosos de la universidad de Alicante (uA), donde se realiza-ron pruebas de fisisorcin de nitrge-no a -196c en el equipo volumtrico automtico de adsorcin fsica de ga-ses Autosorb-6 Quantachrome. las muestras fueron previamente des-gasificadas a 250c, durante 4 h, en un desgasificador Autosorb degasser Quantachrome para eliminar gases e impurezas que pudieran obstruir la estructura porosa de los slidos. la tcnica de analtica realizada en uA permiti obtener las isotermas de adsorcin/desorcin de nitrgeno, a partir de las cuales la informacin textural de los carbones indicados pudo ser extrada mediante la aplica-cin de los modelos adecuados.

3. Resultados y discusin

3.1. anlisis elementallos datos del Ae realizado a lim-bos y nervadura central de hojas de plataneras obtenidos en las pruebas realizadas por el segAi se recogen en la tabla 2. en la citada tabla se ha incluido la composicin qumica de otros precursores agrcolas ligno-celulsicos empleados en la produc-cin de carbn activo con fines com-parativos. los resultados muestran que el limbo de la hoja de platanera present mayor contenido en nitr-geno, carbono e hidrgeno, que la nervadura central, siendo un aspecto comn a ambas secciones vegetales la ausencia de azufre en su constitucin qumica, como tambin ocurre con otros residuos agrcolas.

3.2. anlisis termogravimtrico las pruebas trmicas realizadas por el segAi permitieron preparar los diagramas tg del limbo de la hoja de platanera sin activar (lpsA), y de este precursor activado con las concentraciones de cido fosfrico indicadas (lpA18, lpA27, lpA35), los cuales se presentan en la Figura 1, en la que m0 es la masa inicial de la muestra y m es la masa instantnea para cada temperatura. la prdida de masa (p) para los segmentos en los que pueden dividirse estas curvas termogravimtricas se recoge en la tabla 3, y fue calculada por la rela-cin (m0 - m)/m0.

la curva termogravimtrica lpsA (Figura 1) presenta tres tramos bien

diferenciados, aprecindose un com-portamiento anlogo al mostrado por otros residuos como mazorca de maz [17], tallo de algodn [21], tallo de maz [22] y serrn de lamo [23].

el primer tramo (segmento A) presenta una pendiente reducida, lo que indica que la velocidad de pr-dida de masa es lenta. el limbo de la hoja de platanera virgen experi-menta una prdida de masa de 8.0% debido a la eliminacin de humedad y al craqueo trmico parcial de bio-polmeros amorfo [17]. la prdida msica de similar magnitud para este tramo de temperaturas ha sido obte-nida por shah [17] para mazorca de maz.

la mayor prdida de masa tiene lugar en el segundo tramo (segmen-to B), en el que se registra una re-duccin igual a 84,6% respecto de la masa inicial de la muestra. este comportamiento puede ser explica-do considerando que a temperaturas prximas a 200c comienza la rotu-ra de molculas de lignina y celulosa en fragmentos ms pequeos, gene-rndose emisiones de carbono en forma de gases como monxido de carbono (co), dixido de carbono (co2), metano (cH4) y otros hidro-carburos ligeros [17]. Asimismo, a

temperaturas superiores a 250c co-mienza la conversin de celulosa en levoglucosa [17], compuesto voltil cuyo desprendimiento parece ser otro de los motivos de la pendiente tan pronunciada de este segmento del termograma.

el tercer tramo (segmento c) queda caracterizado por una prdida de 84,8% respecto de la masa inicial, resultando una fraccin msica prc-ticamente constante correspondien-te al residuo carbonceo.

respecto del comportamien-to trmico de las muestras lpA18, lpA27 y lpA35 (Figura 1), se obser-va que las curvas termogravimtricas de las muestras activadas resultan idnticas a las presentadas por otros residuos lignocelulsicos impregna-dos con el mismo agente activante [21 y 23], lo cual sugiere que las con-diciones operatorias adoptadas en la activacin en este trabajo son ade-cuadas. Adems, los termogramas lpA presentan similar desarrollo que el mostrado por otros precurso-res tratados con el mismo activante, aunque con mayores concentracio-nes que las utilizadas en este traba-jo. de tal modo que en este estudio se obtuvieron reducciones msicas equivalentes a las informadas para

Figura 1Curvas termogravimtricas

Medio AMbiente

46 IngenIera QumIca N 513

el fruto del pino canario impregna-do con una concentracin de cido fosfrico 200% m/m [24]. por con-siguiente, parece evidente que tan elevadas concentraciones no nece-sariamente tienen que ser utilizadas con todos los precursores.

A temperaturas prximas a 600c se observa en los termogramas lpA una disminucin msica entre 25 y 35%, mientras que en el termograma lpsA se alcanza el 80%. este hecho puede justificarse en base a que el cido fosfrico parece actuar como promotor de las reacciones de rup-tura de enlaces en las unidades de celulosa, formando puentes fosfato y polifosfato que conectan y reticulan los fragmentos de este biopolmero, inhibiendo la formacin de alquitra-nes y permitiendo el aumento del rendimiento de carbono [22]. por otro lado, la presencia de cido fos-frico estabiliza la estructura de la celulosa por esterificacin, impidien-do la formacin de levoglucosa [17].

en el caso de los termogramas lpA, la mayor reduccin msica se pospone al tercer segmento de los termogramas, a temperaturas supe-riores a 500c, donde la masa inicial se reduce en el rango de 80 a 88%. este mismo comportamiento ha sido identificado por Wang y colab [16], los cuales pudieron observar en el termograma de la caa de bamb activada con cido fosfrico durante nueve das a 80c que, a tempera-turas mayores a 500c, se produca una prdida de masa importante que puede ser atribuida a la evaporacin de cidos polifosfricos debido a la rotura de los puentes fosfatados ines-tables a altas temperaturas.

tambin se observa que los ter-mogramas lpA exhiben degrada-cin trmica en todo el rango de temperaturas, incluyendo la regin de temperaturas inferiores a 200c, donde no se registra una prdida msica importante en el termogra-ma lpsA. similar comportamiento fue observado por Kim y colab. [23]

Asimismo, cuando se considera un desplazamiento del termograma lpsA hacia el lado derecho en la curva termogravimtrica y, por ello, si se tomara el origen de los ejes en 400c, se puede advertir gran simili-tud entre la forma de esta curva y la mitad del tramo B y la totalidad del tramo c de los termogramas lpA. considerando tal circunstancia, se verifica que el cido fosfrico acta como retardante en la emisin de productos voltiles en el proceso de degradacin trmica.

de otra parte, cuando en la Figu-ra 1 se considera el rango compren-dido entre 220 560c, las curvas co-rrespondientes a las muestras lpA27 y lpA35 se superponen, lo que pare-ce indicar que, en dicho intervalo de temperaturas, no parece haber dife-rente comportamiento entre ambas muestras. no obstante, posteriores aumentos en la temperatura, entre 560 600c muestran que la mate-ria prima impregnada con menor concentracin de agente activante experimenta mayor prdida de ma-sa, lo cual parece lgico si se consi-dera que, a menor concentracin de cido fosfrico, menor formacin de puentes fosfatados que estabilicen la estructura de la celulosa, por lo que la liberacin de gases tiene lugar en mayor medida [17]. sin embargo, a partir de 740c, el comportamiento trmico se invierte y se presenta una reduccin msica superior en las muestras activadas con mayor con-centracin de cido fosfrico, lo que puede atribuirse a la mayor volatili-zacin de cidos polifosfricos [16].

considerando lo anterior, en es-te trabajo se seleccionaron las tem-peraturas de carbonizacin de 450, 550 y 650c, las cuales, como se in-dica en la Figura 1, se localizan en el segundo y tercer tramo del termo-grama del precursor sin activar. la temperatura de 550c coincide con el comienzo del segmento c para los termogramas del precursor activado y con la parte final del segmento B

de la curva termogravimtrica del limbo de platanera sin tratar. similar comportamiento se ha verificado en el trabajo publicado por el-Hendawy [22], quien seleccion 500c para carbonizar tallo de maz activado con cido fosfrico al 50% m/m.

3.3. rendimientos de produccinen la produccin de carbn activado el rendimiento es normalmente defi-nido como el cociente de la masa de adsorbente obtenida tras las etapas de lavado y secado respecto de la ma-sa inicial de materia prima utilizada, ambas expresadas en base seca [25].

el exhaustivo lavado desarrollado en este trabajo llev consigo cierta prdida del material adsorbente, de-bido, principalmente, al arrastre de las partculas de carbn activo por parte lquido clarificado en las suce-sivas renovaciones del agua de lava-do. este hecho provoc una distor-sin de los rendimientos globales del proceso de produccin, motivo por el cual no han podido evaluarse de manera fiable la influencia que ejer-cen la temperatura de carbonizacin y la relacin de impregnacin sobre este parmetro.

no obstante, los valores obteni-dos presentados en la tabla 1 se en-cuentran dentro de los rangos infor-mados en otras publicaciones en las que cido fosfrico ha sido el agente activante seleccionado. en tal senti-do, irawaty y colab. [13] obtuvieron rendimientos entre 16 27% en la produccin de carbn activo a partir de cscaras de grano de caf activa-das con concentraciones entre 10 50% m/m de H3po4, y carbonizadas entre 450 500c. Vernersson y co-lab. [15] encontraron rendimientos entre 35 46% en la produccin de este adsorbente mediante tratamien-to qumico de caa de Arundo Donax con cido fosfrico entre 32 60% m/m, procesadas a temperaturas en-tre 400 550c. molina-sabio y co-

tabla 3

reduccIoNes msIcas eN los dIfereNtes tramos de los termogramas

tramolpsa lpa18 lpa27 lpa35

t(C) p(%) t(C) p(%) t(C) p(%) t(C) p(%)

a 33 220 8,0 32 80 1,9 34 60 0,3 33 100 1,7

b 220 680 84,6 80 673 40,0 60 540 28,5 100 600 30,7

c 680 1.008 84,8 673 1.010 81,7 540 1.010 88,0 600 1.008 87,5

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lab. [26] observaron rendimientos entre 33 44% para carbones acti-vos generados mediante activacin qumica de huesos de melocotones con este producto cido al 36, 68 y 85% m/m, carbonizados a una nica temperatura de 450c.

Al considerar lo anteriormente indicado es por lo que se decidi evaluar, al menos de manera orien-tativa, el efecto de la relacin de im-pregnacin y la temperatura de car-bonizacin sobre el rendimiento de carbonizacin, el cual puede definir-se por el cociente de la masa de car-bonizado sin lavar y la masa inicial de precursor, ambas en base seca. en la Figura 2 se observa, para una misma temperatura de carbonizacin, el in-cremento de la relacin de impreg-nacin conlleva menores rendimien-tos. este comportamiento resulta ser anlogo al informado por diversos autores como prahas y colab. [25], quienes lo atribuyen a la mayor ga-sificacin del material carbonizado como consecuencia del exceso de cido fosfrico. sin embargo, rosas y colab. [27] lo relacionan con una mayor deshidratacin del precursor,

Figura 2Rendimiento de carbonizacin (Rc) en funcin de la temperatura de carbonizacin (tc) y de la relacin de impregnacin (RI)

Medio AMbiente

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debido a la mayor concentracin de agente activante, mientras que Hai-mour y emeish [28] lo achacan a la mayor eliminacin de los productos generados en la descomposicin tr-mica que obstruyen las porosidades.

de otra parte, para una determi-nada relacin de impregnacin, el aumento de la temperatura implica inferiores rendimientos, lo cual pa-rece lgico si se tiene en cuenta que se trata de un proceso de descompo-sicin trmica como puede observar-se en las curvas termogravimtricas. efectivamente, Haimour y emeish [28] informan de una reduccin del rendimiento con el aumento de la temperatura como consecuencia del mayor desprendimiento de voltiles en la produccin de carbn activado a partir de huesos de dtiles tratados con cido fosfrico al 85% m/m y carbonizados entre 200 800c.

3.4. caracterizacin texturalla Figura 3 muestra algunos par-metros texturales de los tres carbo-nes activados sometidos a anlisis de fisisorcin de nitrgeno. el rea superficial especfica (sBet) fue ob-tenida por aplicacin del modelo de Brunauer, emmett y teller (Bet) a los datos isotrmicos de adsorcin de nitrgeno[29] en el rango de pre-sin relativa determinado para cada adsorbente, en base a las pautas de rouquerol, por tratarse de materia-les con considerable aportacin de microporos [30]. el volumen total de poros (Vt) se determin convir-tiendo el volumen de nitrgeno gas adsorbido a una presin relativa prxima al valor de saturacin [12] en volumen de adsorbato lquido; mientras que el volumen de micro-poros (Vmic) fue evaluado mediante el modelo de dubinin-radushkevich

[12]. en lo referente al volumen de mesoporos (Vmes), se calcul por di-ferencia entre el volumen total y el volumen de microporosidades [15].

las superficies especficas de los carbones activados sometidos a anlisis resultaron entre 799 1.228 m2g-1. Valores similares, concreta-mente entre 799 1.402 m2g-1, fue-ron obtenidos por giraldo y colab. [3] para carbones producidos me-diante activacin qumica con cido fosfrico de cascarilla de caf en re-laciones de impregnacin entre 0.3 1.5 g de H3po4/g de precursor y carbonizados a 450c; mientras que molina-sabio y colab. [26] produje-ron carbones activos por tratamien-to qumico de huesos de meloco-tn con el mismo producto cido, en concentraciones en el rango de 36 85% m/m, y con 450c como temperatura de carbonizacin, obte-

Figura 3rea superficial especfica (SbEt), Volumen total de poros (Vt), Volumen de mesoporos (Vmes) y Volumen de microporos (W0) en funcin de RI para tc = 550

C

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ProduccIn de carbones actIvados de bajo coste

enero 2013

niendo superficies especficas entre 338 1.634 m2g-1. en consecuencia, parece obvio que concentracin de activante tan elevada no siempre es necesaria para la produccin de carbones con superficie especfica desarrollada. en tal sentido, las su-perficies especficas obtenidas en este trabajo superaron a las informa-das por dastgheib y rocsktraw [11], quienes obtuvieron superficies entre 180 1.071 m2g-1 para carbones acti-vados generados a partir de cscaras de nueces tratadas qumicamente con cido fosfrico en relacin de impregnacin 3:1, y carbonizadas entre 300 500c.

por otra parte, en este trabajo pa-ra la relacin de impregnacin 2:1 el carbn activo resultante present un volumen de microporos y de mesopo-ros similar, mientras que para relacio-nes de activacin superiores fueron obtenidos adsorbentes con mayor proporcin de mesoporosidades. en efecto, el aumento de la relacin de impregnacin conllev un incremen-to del volumen de mesoporos desde 0.54 hasta 0.98 cm3g-1. en ese senti-do, gmez-tamayo y colab. [18] in-forman que utilizando madera como precursor, cido fosfrico en el rango de 15 a 85% m/m como activante, y carbonizando a 400c, se verifica que al aumentar la concentracin de activante se genera un incremento en el volumen de mesoporos desde 0.05 hasta 0.24 cm3g-1. Adems, al considerar los datos mostrados en la Figura 3, se puede indicar una ten-dencia para la temperatura de carbo-nizacin de 550c, de tal modo que al aumentar la relacin de impregna-cin se verifica una disminucin de la superficie especfica y un aumen-to del volumen total de poros y de mesoporos, lo que tambin ha sido informado en el trabajo desarrollado por Vernersson y colab.[15].

4. Conclusionesse ha verificado que el limbo de la hoja de platanera puede ser un precursor adecuado para la obten-cin de carbones activados, ya que presenta un contenido en carbono mayor que 43%. tras la activacin de este precursor con cido fosfri-co, parecen generarse importantes cambios durante el proceso de des-composicin trmica, desarrollndo-se la emisin de voltiles a elevadas temperaturas y estabilizndose su estructura qumica, lo que puede ser

valorado por el rendimiento en la produccin de carbn activo.

las curvas termogravimtricas del limbo de platanera activado con reducidas concentraciones de cido fosfrico (18 35% m/m) mostra-ron un comportamiento anlogo al de otros precursores activados con la misma sustancia y mayores concen-traciones, por lo que, probablemen-te, no existe la necesidad de recurrir a grandes concentraciones de acti-vante en todos los precursores para inducir en el material de partida los cambios qumicos y estructurales de-seables.

en este trabajo se ha observado que los rendimientos obtenidos tras las etapas de carbonizacin y acondi-cionamiento de los carbones activos concuerdan con los valores informa-dos en la bibliografa, aprecindose una disminucin en el rendimiento postcarbonizacin con el aumento de la relacin de impregnacin y la temperatura.

Al considerar el mtodo de acti-vacin por impregnacin con cido fosfrico en las condiciones operato-rias adoptadas, se han generado car-bones activados micro-mesoporosos de caractersticas similares a carbo-nes comerciales. consiguientemen-te, de los resultados derivados del anlisis textural, y considerando la estimable proporcin de micropo-ros y mesoporos exhibida por los carbones activos producidos, parece evidente que estos adsorbentes pue-den ser verstiles y utilizables para eliminar diferentes tipos de conta-minantes, tanto en fase lquida como en fase gaseosa.

Referencias [1] mohanty, K., das, d. y biswas, m.N. (2006). Preparation and characterization of activated carbons from sterculia alata nutshell by chemical activation with zinc chloride to remove phenol from wastewater. Adsorption 12, 119132.[2] Ioannidou, o. y Zabaniotou, a. (2007). agricultural residues as precursors for activated carbon production: a review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 11, 19662005.[3] giraldo, l., garca, v. y moreno, J. c. (2008). caracterizacin superficial en fase gas y lquida de carbones activados. Revista de Ingeniera 27, 716.[4] yagmur, e., ozmak, m. y aktas, Z. (2008). a novel method for production of activated carbon from waste tea by chemical activation with microwave energy. Fuel 87, 32783285.[5] soffner, m. l. a. P. (2001). Produo de polpa celulsica a partir de engao de bananeira. mmoire de matrise. escola superior de agricultura luiz de queiroz. universidade de so Paulo, brasil.[6] mopoung, s. (2008). surface Image of charcoal and activated charcoal from banana Peel. Journal of Microscopy Society of Thailand 22, 1519.[7] bhagat, J. H. y manocha, s. (2007). effect of chemical activation on deodorizing properties of activated carbon from banana stem. Journal of Pure & Applied Sciences 15, 6165.[8] salman, J. m. y Hameed, b. H. (2010). removal of insecticide carbofuran from aqueous solutions by banana

stalks activated carbon. Journal of Hazardous Materials 176, 814819.[9] al-qodah, Z. y shawabkah, r. (2009). Production and characterization of granular activated carbon from activated sludge. Brazilian Journal Chemical Engineering 26, 127136.[10] mcdougall, g. J. (1991). the physical nature and manufacture of activated carbon. Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy 91, 109120.[11] dastgheib, s. a. y rocsktraw, d. a. (2001). Pecan shell activated carbon: synthesis, characterization, and application for the removal of copper from aqueous solution. Carbon 39, 18491855.[12] Khalili, N. r., campbell, m., sandi, g. y gol, J. (2000). Production of micro and mesoporous activated carbon from paper mill sludge: I. effect of zinc chloride activation. Carbon 38, 19051915.[13] Irawaty, W., Hindarso, H., felycia, e. s., mulyono, y. y Hendra K. (2004). utilization of Indonesian coffee pulp to make an activated carbon. the 10th aPcche congress, Kitakyushu-Japan, 1721.[14] li, K. y Wang, X. (2009). adsorptive removal of Pb(II) by activated carbon prepared from spartina alterniflora: equilibrium, kinetics and thermodynamics. Bioresource Technology 100, 28102815.[15] vernersson, t., bonelli, P. r., cerrella, e. g. y cukierman, a.l. (2002). arundo donax cane as a precursor for activated carbons preparation by phosphoric acid activation. Bioresource Technology 83, 95104.[16] Wang, y., liu, c. y Zhou, y. (2008). Preparation and adsorption performances of mesopore-enriched bamboo activated carbon. Frontiers of Chemical Engineering in China 4, 473377.[17] shah, P. s. (2007). Nanoporous carbon from corn cobs and its applications. thesis. university of missouri, columbia (usa).[18] gmez-tamayo, m. m., macas-garca, a., daz-dez, m. a. y cuerda-correa, e. m. (2008). adsorption of Zn (II) in aqueous solution by activated carbons prepared form evergreen oak (quercus rotundifolia l.). Journal of Hazardous Materials 153, 2836.[19] Zhang, y., cui, H., ozao, r., cao, y., chen b. I. t., Wang, c. W. y Pan, W. P. (2007). characterization of activated carbon prepared from chicken waste and coal. Energy & Fuels 21, 37353739.[20] villegas-aguilar, P. J., medina-lvarez, b. f. y bucki-Wasserman, b. (2002). Incremento de la capacidad de adsorcin de carbones activados obtenidos a partir de fuentes renovables mediante lavado con soluciones de NaoH. Avances en Energas Renovables y Medio ambiente 6, 710.[21] girgis, b. s. y Ishak, m. f. (1999). activated carbon from cotton stalks by impregnation with phosphoric acid. Materials Letters 39, 107114.[22] el-Hendawy, a. a. (2007). Phosphoric acid activated carbons developed from maize stalks and their applications to heavy metal removal. Mansoura Journal of Chemistry 34, 1943.[23] Kim, m. r., buonomo, e. l., cukierman, a. l. y bonelli, P. r. (2007). obtencin de biocombustible y carbn activado a partir de un precursor renovable. Avance en Energas Renovables y Medio Ambiente 11, 2732.[24] duman, g., onal, y., okutucu, c., onenc, s. y yanik, J. (2009). Production of activated carbon form pine cone and evaluation its physical, chemical and adsorption properties. energy & fuels 23, 21972204.[25] Prahas, d., Kartika, y., Indraswati, N. y Ismadji, s. (2008). activated carbon from jackfruit peel waste by H3Po4 chemical activation: Pore structure and surface chemistry characterization. Chemical Engineering Journal 140, 3242.[26] molina-sabio, m., rodrguez-reinoso, f., caturla, f. y sells, m. J. (1995). Porosity in granular carbons activated with phosphoric acid. Carbon 33, 11051113.[27] rosas, J. m., bedia, J., rodrguez-mirasol, J. y cordero, t. (2009). Hemp-derived activated carbon fibers by chemical activation with phosphoric acid. Fuel 88, 1926.[28] Haimour, N. m. y emeish, s. (2002). utilization of date stones for production of activated carbon using phosphoric acid. Waste Management 6, 14931505.[29] bansal, r. c. y goyal, m. (2005). activated carbon adsorption. crc Press, taylor & francis. boca raton, florida (usa).[30] Klobes, P. (2011). Precision measurement of the specific surface area of solids by gas adsorption. chapter 4: microprobing and microstructure analysis. BAM Reference Procedure 2-3.