El carbón activado (AC) se refiere a los materiales altamente carbonosos que tienen alta porosidad y capacidad de sorción producidos a partir de la madera, cáscaras de coco, carbón y conos, etc. El AC es uno de los adsorbentes utilizados con frecuencia en diversas industrias para la eliminación de numerosos contaminantes. de cuerpos de agua y aire. Desde entonces, la CA se sintetiza a partir de productos agrícolas y de desecho, y ha demostrado ser una gran alternativa a las fuentes costosas y no renovables utilizadas tradicionalmente. Para la preparación de AC se utilizan dos procesos básicos, carbonización y activación. En el primer proceso, los precursores se someten a altas temperaturas, entre 400 y 850°C, para expulsar todos los componentes volátiles. La temperatura elevada elimina todos los componentes distintos del carbono del precursor, como hidrógeno, oxígeno y nitrógeno en forma de gases y alquitranes. Este proceso produce carbón vegetal con alto contenido de carbono pero baja superficie y porosidad. Sin embargo, el segundo paso implica la activación del carbón previamente sintetizado. La mejora del tamaño de los poros durante el proceso de activación se puede clasificar en tres: apertura de poros previamente inaccesibles, desarrollo de nuevos poros mediante activación selectiva y ampliación de los poros existentes.
Por lo general, se utilizan dos enfoques, físico y químico, para la activación y obtener el área de superficie y la porosidad deseadas. La activación física implica la activación del carbón carbonizado utilizando gases oxidantes como aire, dióxido de carbono y vapor a altas temperaturas (entre 650 y 900 °C). Generalmente se prefiere el dióxido de carbono debido a su naturaleza pura, fácil manejo y proceso de activación controlable alrededor de 800°C. Se puede obtener una alta uniformidad de poros con la activación con dióxido de carbono en comparación con el vapor. Sin embargo, para la activación física, se prefiere mucho el vapor en comparación con el dióxido de carbono, ya que se puede producir CA con una superficie relativamente alta. Debido al tamaño más pequeño de la molécula del agua, su difusión dentro de la estructura del carbón se produce de manera eficiente. Se ha descubierto que la activación por vapor es entre dos y tres veces mayor que la del dióxido de carbono con el mismo grado de conversión.
Sin embargo, el enfoque químico implica mezclar el precursor con agentes activadores (NaOH, KOH y FeCl3, etc.). Estos agentes activadores actúan como oxidantes y como agentes deshidratantes. En este enfoque, la carbonización y la activación se llevan a cabo simultáneamente a una temperatura comparativamente más baja de 300 a 500 °C en comparación con el enfoque físico. Como resultado, efectúa la descomposición pirolítica y, luego, da como resultado la expansión de una estructura porosa mejorada y un alto rendimiento de carbono. Los principales beneficios del enfoque químico sobre el físico son el requisito de baja temperatura, las estructuras de alta microporosidad, la gran superficie y el tiempo mínimo de finalización de la reacción.
La superioridad del método de activación química puede explicarse sobre la base de un modelo propuesto por Kim y sus colaboradores [1] según el cual en el AC se encuentran varios microdominios esféricos responsables de la formación de microporos. Por otro lado, los mesoporos se desarrollan en las regiones intermicrodominios. Experimentalmente, formaron carbón activado a partir de resina a base de fenol mediante activación química (usando KOH) y física (usando vapor) (Figura 1). Los resultados mostraron que la CA sintetizada mediante activación con KOH poseía una superficie elevada de 2878 m2/g en comparación con 2213 m2/g mediante activación con vapor. Además, se encontró que otros factores como el tamaño de los poros, el área de la superficie, el volumen de los microporos y el ancho promedio de los poros eran mejores en las condiciones activadas con KOH en comparación con las activadas con vapor.
Diferencias entre AC preparado a partir de activación con vapor (C6S9) y activación con KOH (C6K9), respectivamente, explicadas en términos de modelo de microestructura.
Dependiendo del tamaño de las partículas y el método de preparación, se puede clasificar en tres tipos: CA motorizada, CA granular y CA de perlas. La CA accionada se forma a partir de gránulos finos que tienen un tamaño de 1 mm con un rango de diámetro promedio de 0,15 a 0,25 mm. Granular AC tiene un tamaño comparativamente mayor y menos superficie externa. Los AC granulares se utilizan para diversas aplicaciones en fase líquida y gaseosa dependiendo de sus relaciones de dimensiones. Tercera clase: las perlas AC se sintetizan generalmente a partir de brea de petróleo con un diámetro que oscila entre 0,35 y 0,8 mm. Es conocido por su alta resistencia mecánica y bajo contenido de polvo. Se utiliza ampliamente en aplicaciones de lecho fluidizado, como la filtración de agua, debido a su estructura esférica.
Hora de publicación: 18-jun-2022