CARBON ACTIVADO DE COCO

Ao de la promocin de la industria responsable y el compromiso climtico

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

CATEDRA: PROYECTO DE INVESTIGACION

OBTENCION DEL CARBON ACTIVADO OPTIMO DE LA CASCARA DE COCO

INTEGRANTES:CRISTBAL AIRE, Jessica Geovana GUEVARA ROMAN, Lizet MiriamMACASSI ALLASI, Giuliana CeciliaSEMESTRE: VIICARRERA PROFESIONAL:Ingeniera Qumica AmbientalHyo-Per2014

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERUFACULTAD DE INGENIERA QUIMICA

TITULO: OBTENCION DE CARBON ACTIVADO OPTIMO DE CASCARA DE COCO PARA LA DECOLORACION DE AGUAS COLOREADAS

ASESOR:Ing. Jos Pomalaya

RESUMENPara la elaboracin del carbn activado a partir de la cascara de coco, necesitamos contar con la cascara de la materia prima tamizado y en pequeas porciones para la adecuada activacin a partir del us del cido sulfrico a concentraciones de 98% y 70%.Seguidamente despus de aadir 10 g de la cascara de coco tamizado y en pequeos trozos en diferentes crisoles; aadimos las diferentes soluciones y procedimos a la activacin.La activacin consiste en colocar los crisoles con la materia prima y las diferentes soluciones en la mufla a una temperatura de 306C y tiempo de 40 min se logra una ptima carbonizacin de la cascara de coco.Luego, procedimos con la experimentacin de colorantes naturales o artificiales por ejemplo: permanganato de potasio y azul de metilo y el resultado fue lo esperado, logramos la decoloracin de estos y asimismo la activacin optima de la cascara de coco.

INTRODUCCION

Carbn activado es un trmino genrico que describe una familia de adsorbentes carbonceos altamente cristalinos y una estructura poral interna extensivamente desarrollada. Existe una amplia variedad de productos de carbn activado que muestran diferentes caractersticas, dependiendo del material departida y la tcnica de activacin usada en su produccin. Es un material que se caracteriza por poseer una cantidad muy grande de micro poros (poros menores a1nanmetrode radio). A causa de su alta micro porosidad, un solo gramo de carbn activado puede poseer un rea superficial de 500 m o ms. El carbn activado se utiliza en la extraccin de metales(oro), la purificacin del agua(tanto para la potabilizacin a nivel pblico como domstico), en medicina para casos de intoxicacin, en el tratamiento de aguas residuales, clarificacin dejarabe de azcar, purificacin de glicerina, en mscaras antigs, en filtros de purificacin y en controladores de emisiones de automviles, entre otros muchos usos. Su obtencin del carbn activado se basa en producir un carbn a partir de materiales como: cortezas de almendros, cascara de coco, turba, petrleo, brea y polmeros, nogales, palmeras u otras maderas, y carbn mineral.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: Habiendo observado que las cascaras de coco se consideran desperdicios, y que a la vez se ve que grandes ros se han contaminado por industrias textiles (colorantes), planteamos el siguiente problema de investigacin:

PROBLEMA GENERAL

Cules son los parmetros ptimos para la obtencin de carbn activado a partir de la cascara de coco?

PROBLEMAS ESPECFICOS

1. Cules son las caractersticas fsicas y Qumicas de la cascara de coco?2. A qu temperatura y tiempo se logra una ptima carbonizacin de la cascara de coco?3. Cul es la concentracin optima de H2SO4 con mayor efectividad en la activacin de carbn activado de cascara de coco?4. Cules son las caractersticas fsicas y Qumicas de la muestra de agua coloreada luego de la decoloracin del carbn activado?

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERALDeterminar los parmetros ptimos para la obtencin de carbn activado a partir de la cascara de coco.

OBJETIVOS ESPECFICOS Describir las caractersticas fsicas y qumicas de la cascara de coco. Determinar la temperatura y tiempo se logra una ptima carbonizacin de la cascara de coco. Determinar la concentracin optima de H2SO4 con mayor efectividad en la activacin de carbn activado de cascara de coco. Describir las caractersticas fsicas y qumicas de la muestra de agua coloreada luego de la decoloracin del carbn activado.

INDICEOBJETIVOSObjetivos generalesObjetivos especficosCAPITULO I:-REVISION BIBLIOGRAFICA1.1. MARCO TEORICO1.1.1. coco1.1.2. adsorcin1.1.3. carbn activado1.1.3.1. tipos de carbn activado1.1.3.2. Caractersticas fsico-qumicas del carbn activado1.1.3.2.1. Caractersticas fsicas1.1.3.2.2. Caractersticas qumicas1.1.4. Materias primas utilizadas en la obtencin del carbn activado1.1.5. Proceso general para la produccin de carbn activado 1.1.5.1. Acondicionamiento de la materia prima1.1.5.2. Activacin del material carbonceo1.1.5.2.1. Proceso fsico1.1.5.2.2. Proceso qumico.1.1.6. Usos del carbn activado 1.1.6.1. Uso del carbn activado granular

1.1.6.2. Uso del carbn activado en polvo (PAC)1.1.6.3. Uso del carbn activado por reas especficas 1.1.7. Propiedades del carbn activado obtenido a partir de diferentes materias primas1.2. ANTECEDENTES1.2.1. NACIONAL1.2.2. INTERNACIONAL1.2.2.1. ARGENTINA1.2.2.2. MEXICO

CAPITULO II:- PARTE EXPERIMENTAL2.1. METODOLOGIA2.1.1. Poblacin2.1.2. Muestra2.1.3. Diseo experimental2.1.4. Lista de gastos2.1.5. Cronograma de actividades

2.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL2.2.1. Materiales2.2.2. Reactivos2.2.3. Procedimiento

CAPITULO III:- TRATAMIENTO DE DATOS Y DISCUSION DE RESULTADOS3.1. RECURSOS3.2. Entidad ejecutora:3.3. Entidad patrocinadora3.4. Instalaciones3.5. Equipos3.6. Instrumentos3.7. Ejecutores:

CAPITULO I:-REVISION BIBLIOGRAFICA1. 1. Marco terico:1.1.1. El coco:

El coco como materia prima a nivel mundial es muy abundante. Se produce en ms de 90 pases en el mundo, no obstante slo en una docena de ellos se concentra el 91.1% de superficie plantada con este cultivo. Los pases asiticos son los que cuentan con la mayor extensin. El cocotero, es la ms importante de todas las palmeras.Es conocido como el rbol de la vida, o el rbol de los mil usos, su fruto, hojas y madera, proporcionan a muchos pobladores rurales de alimento, bebidas, combustible y alojamiento. Aunque su uso predominante es el de la produccin de copra(la carne seca del coco), de la que se obtiene aceite, muy bien cotizado en las industrias de alimentos y cosmticos, y los residuos que quedan, se usan para pasto animal. La cscara dura o endocarpio del coco se usa como combustible de alto valor calorfico (75007600 cal/g), y tambin sirve de materia prima para la obtencin de carbn activado.

1.1.2. Adsorcin Antes de hablar del carbn activado es conveniente analizar primero el proceso de adsorcin, para as comprender mejor como es que el carbn activado realiza su funcin. La adsorcin es un proceso por el cual los tomos en la superficie de unslido, atraen y retienen molculas de otros compuestos. Estas fuerzas de atraccin son conocidas como " fuerzas de Van Der Waals", por lo tanto al ser un fenmeno que ocurre en la superficie, mientras mayor rea superficial disponible tenga un slido, mejor adsorbente podr ser. La adsorcin se define como la remocin, por adherencia, de las impurezas (lquidos, gases, materia suspendida,coloides, molculas, tomos e iones disueltos) de la sustancia en la superficie (que incluye poros o superficie interna) del sorbente (interface entre las dos fases).Este proceso es sumamente necesario e imprescindible para una planta purificadora de agua. Pudindose representar con la siguiente reaccin qumica:

Donde A es el adsorbato o sustancia absorbida, B es el adsorbente y A.B es el compuesto formado con la adsorcin. Los tipos de adsorbente ms utilizados, especialmente en el tratamiento de agua, son: el carbn activado, resinas adsorbentes de intercambio orgnico, xidos metlicos, entre otros.

1.1.3. Carbn activado El carbn activado es un producto que posee una estructura cristalina reticular similar a la del grafito; es extremadamente poroso y puede llegar a desarrollar reas superficiales del orden de 1.500 metros cuadrados, por gramo de carbn. El nombre de carbn activado se aplica a una serie de carbones porosos preparados artificialmente a travs de un proceso de carbonizacin, para que exhiban un elevado grado de porosidad y una alta superficie interna. Es un producto obtenido a partir del carbn amorfo, el cual se ha sometido a un tratamiento de activacin con el fin de incrementar su rea superficial hasta 300 veces debido a la formacin de poros internos, pudiendo alcanzarse reas de 1200 -1500 /g de carbn. Todos los tomos de carbn en la superficie de un cristal son capaces de atraer molculas de compuestos que causan color, olor o sabor indeseables; la diferencia con un carbn activado consiste en la cantidad de tomos en la superficie disponibles para realizar la adsorcin. En otras palabras, la activacin de cualquier carbn consiste en " multiplicar" el rea superficial creando una estructura porosa. Es importante mencionar que el rea superficial del carbn activado es interna. La capacidad adsorbente del carbn activado es tal, que un gramo puede adsorber aproximadamente otro gramo de gases y lquido. Qumicamente est compuesto por carbono, oxgeno, hidrgeno y cenizas. El carbn activado puede adsorber: Contaminantes orgnicos: colores, olores y sabores desagradables, voltiles, insecticidas, pesticidas, plaguicidas, herbicidas, detergentes, derivados del petrleo, compuestos con trihalometanos, compuestos fenlicos. Sustancias activas al azul de metileno. Sustancias halogenadas (I, Cl, Br, H, F). Ozono residual Slidos pesados (plomo, mercurio) Gases Turbiedad. Materia disuelta Algas Los compuestos orgnicos voltiles causan (a altas concentraciones) problemas psicolgicos como depresin, decaimiento y estupor, adems pueden irritar o atacar las membranas mucosas. De ah la importancia de eliminar todo este tipo de compuestos orgnicos. El carbn activado se obtiene por carbonizacin y activacin de materiales orgnicos, especialmente de origen vegetal, hullas, lignitos y turbas, con el fin de obtener un alto grado de porosidad y una importante superficie intraparticular. La elevada superficie especfica facilita la adsorcin fsica de gases y vapores de mezclas gaseosas o sustancias dispersas en lquidos. La actividad del carbn activo en los procesos de adsorcin viene dada fundamentalmente, por la naturaleza de la materia prima y el proceso de activacin utilizado en la produccin del mismo. Su capacidad adsorbente se ve muy favorecida por la estructura porosa y la interaccin con adsorbatos polares y no polares, dada su estructura qumica, adems las reacciones qumicas en su superficie estn influenciadas por centros activos, dislocaciones y discontinuidades, donde los carbones tienen electrones desapareados y valencias insaturadas presentando mayor energa potencial. (Manual del carbn activado 2003). 1.1.3.1. Tipos de carbn activadoDependiendo si es sometido a un proceso de granulacin o pulverizacin, el carbn activado se puede presentar como: Carbn activado en polvo o PAC (PowderedActivatesCarbon), el cual se usa en la elaboracin de medicamentos antidiarreicos y adsorbente intestinal. Carbn activado granular o GAC (Granular Activated Carbn), con granos de hasta 2 mm, se usa en los filtros de columna para el tratamiento de agua.

En la figura 2.1 se pueden observar los tipos de carbn activado (Manual del carbn activado, 2003)

Figura 2.1. Tipos de carbn activado (Manual del carbn activado 2003)

1.1.3.2. Caractersticas fsico-qumicas del carbn activado Caractersticas qumicas

Desde el punto de vista de la composicin qumica, el carbn activo es carbn prcticamente puro, al igual que el diamante, el grafito, el negro de humo y los diversos carbones minerales o de lea. Todos ellos poseen la propiedad de adsorber, que consiste en un fenmeno fisicoqumico en el que un slido llamado adsorbente atrapa en sus paredes a cierto tipo de molculas, llamadas adsorbatosy que estn contenidas en un lquido o gas. La composicin qumica del carbn activo es aproximadamente un 75-80% en carbono, 510% en cenizas, 6% en oxgeno y 0,5% en hidrgeno (Manual del carbn activado 2003).

CARACTERSTICAS FSICAS

El carbn activo posee una estructura microcristalina que recuerda en cierta medida a la del grafito. Esta estructura que presenta el carbn activo da lugar normalmente a una distribucin de tamao de poro bien determinada. As, se pueden distinguir tres tipos de poros segn su radio(r): macroporos (r>25 nm), mesoporos (25>r>1 nm) y microporos (r cido benzoico > fenol.Los carbones activados evidenciaron una mayor capacidad de remocin en el caso del cido saliclico. La mxima capacidad de adsorcin de cido saliclico (C0= 50 ppm) seobtuvo para el carbn CF-1,0-400 con un valor de 42 mg g-1 (83,13%).En relacin a la correlacin de los datos experimentales se encontr que en general laisoterma de Freundlich fue la que describi mejor la adsorcin de los tres adsorbatos, porlo que se pudo establecer que la superficie del adsorbente es energticamente heterognea y que el proceso de adsorcin fue el resultado de ms de un tipo deinteracciones adsorbato-adsorbente. Adicionalmente se encontr que la cintica de los tres adsorbatos sigue el modelo de pseudo segundo orden, en donde los valores de qeexperimentales concuerdan con los obtenidos por el modelo. En general, esta capacidadde adsorcin (qe) fue mayor para el cido saliclico que con los otros compuestosaromticos.

1.2.2. INTERNACIONAL: ARGENTINAELABORACIN DE CARBN ACTIVADO: CONTENIDOS CELULARES VS. CARBN FIJADO EN TRES ESPECIES DE INTERS FORESTAL DE LA PROVINCIA DE FORMOSA GrabielaZibettia*, Rita Beniteza, Edgardo Calandriba Facultades de Recursos Naturales y de Humanidades- UNaF. Formosa 3600 -Argentina bICTA-Fac. Cs. Ex. Fs. yNat.-UNC, Crdoba, 5016 - Argentina *Autor a quien dirigir la correspondencia: gabyzibetti@yahoo.com.arResumen El carbn activado reconoce numerosas aplicaciones en la industria azucarera, qumica y farmacutica, adems de ser empleado en la remocin de contaminantes lquidos y gaseosos y su costo ha ido en constante aumento. Los desechos lignocelulsicos de origen vegetal resultan ser las materias primas ms frecuentemente utilizadas para su elaboracin y de estos, los provenientes de la actividad maderera son muy apropiados, por el alto contenido de fibras insolubles que presentan. En el presente trabajo se evalan los rendimientos en carbn fijado, obtenidos a partir de maderas de quebracho blanco (Aspidosperma quebracho-blanco Schlecht) quebracho colorado (SchinopsisbalansaeEngl) y palma caranday (Copernicia alba Morong). Las mismas fueron molidas, activadas con cido fosfrico por 24 h, lavadas, colocadas en un reactor de acero inoxidable y carbonizadas por 2 h en mufla a 600 C y atmsfera autogenerada. Al carbn obtenido se le determinaron: voltiles a 950 C por 10 minutos y cenizas a 750 C por 6 h. Con estos resultados se calcularon: rendimiento de carbn activado (YC), porcentaje de carbn fijado (FC) y rendimiento de carbn fijado (YFC). Adems, a las tres muestras de madera se les determin el contenido de humedad y el de fibras bruta (FB) mediante hidrlisis cida y alcalina, y detergente cida (FDA) por hidrlisis cida en detergente no inico (Osborne). Los resultados obtenidos muestran una correlacin negativa entre la FDA e YFC, con valores para quebracho colorado de 71,3% y 28,3%; 78,7% y 16,4% para quebracho blanco, respectivamente, e intermedios para la palma.

MEXICO

OBTENCIN DE CARBN ACTIVADO A PARTIR DE LA CSCARA DE COCODonaciano Luna1, Armando Gonzlez 1, Manuel Gordon1a y Nancy Martin2ResumenEn Mxico el 80% del carbn activado que se utiliza en la industria es de importacin. Por tal razn, en el presente trabajo, como parte de un proyecto terminal, se presenta una breve descripcin sobre el carbn activado, adems de una propuesta del diseo terico de una unidad piloto. Esta unidad tiene como base un horno rotatorio para la obtencin de carbn activado, material que tiene un alto valor agregado, a partir de la cscara del coco, materia prima nacional, de menor valor y que Mxico posee en abundancia. La unidad piloto consta de tres partes: a) el molino, b) el horno rotatorio y c) la cmara de enfriamiento. El diseo propuesto utiliza materiales fabricados en el pas, con costos accesibles y una capacidad de produccin de media tonelada de carbn cada seis horas.

CAPITULO II:- PARTE EXPERIMENTAL- METODOLOGIA2.1. HIPOTESIS HIPOTESIS PRINCIPALLos parmetros ptimos para la obtencin de carbn activado a partir de la cascara de coco son

HIPOTESIS SECUNDARIAS

A la temperatura de 306 y tiempo 40 min se logra una ptima carbonizacin de la cascara de coco.La concentracin optima de H2SO4 con mayor efectividad en la activacin de carbn activado de cascara de coco es de 98% (15 mL)

2.2. METODOLOGIA

2.2.1. Poblacin: cascaras de coco de la juguera Marie ubicado en el Jr. Tarapaca 149 HYO.

2.2.2. Muestra: 500 g de cascara de coco.

2.2.3. Diseo experimental:VARIABLES:A una mayor concentracin de solucin del reactivo el % de porosidad es mayor.Temperatura-Tiempo de activacin = constanteTemperatura: 306 CTiempo de carbonizacin: 40 minVARIABLE INDEPENDIENTE: VARIABLE DEPENDIENTE: % de porosidad del carbn activado obtenidoMETODOLOGIA DE INVESTIGACION:DISEO DE INVESTIGACINExplicativa-aplicativaN DE EXPERIMENTOS 2X2= 4Reactivos para la activacin10 ml ACIDO SULFURICO 98%10 ml ACIDO SULFURICO 70%

1 PRUEBA

2 PRUEBA

El trabajo se realizara por duplicado

2.3.4. Lista de gastoNDescripcin Costo (Soles)

1Impresin para la recopilacin de datos8.00

2Internet10.00

3Pasajes8.00

4Experimentacin (reactivos y materiales)20.00

5Elaboracin y presentacin del proyecto6.00

TOTAL52.00

2.3.5. Cronograma de actividades

NActividades SEMANA

12345678

1Eleccin del proyectox

2Recoleccin de informacin preliminarx

3Elaboracin del primer manuscrito del marco terico.x

4Marco de referencia.x

5Definicin del problema: causas y efectosx

6Objetivo del proyecto: medios y finesx

7Identificacin de los objetivos: general y especficos.x

9Caracterizacin de las variables del proyecto.x

10Desarrollo del experimento de laboratoriox

11Descripcin de resultadosx

12Anlisis de resultadosx

13Revisin y correccin del borradorx

14Presentacin del Informe final del proyecto de investigacin.x

2.3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL2.3.1. MATERIALES Carcaras de coco

Mezclador de bolas

Tamizado

Molino

Molino

Crisoles

Mufla

Tubos de ensayo

2.3.2. REACTIVOS: 10 ml Acido sulfrico 98% 10 ml Acido sulfrico 70

2.3.3. Procedimiento1. Secado de la cascar de coco: se introdujo los 3 crisoles de 20g contenidos de cascara de coco al secador a una temperatura de 306C por un tiempo de 40 minutos.2. Molienda del producto seco: se trituraron las cascaras para obtener cascara de diversos tamaos.3. Tamizado de la cascara de coco: se tamizo en 3 diversas mallas.4. Se separaron las muestras segn las mallas del tamizado y se dispuso a colocar en crisoles. 5. Se aadieron las diversas soluciones de cido sulfrico a cada crisol. Esto se realiz por triplicado.6. Los crisoles se colocaron dentro de la mufla a una temperatura constante de 306C por un 40 min.7. Enfriamiento y secado de los materiales tratados.8. Se caracteriz el carbn utilizndolo para la decoloracin de aguas coloreadas.

CAPITULO III:- TRATAMIENTO DE DATOS Y DISCUSION DE RESULTADOSRECURSOS:Entidad ejecutora: estudiantes de la facultad de ingeniera qumica , sexto semestre del curso de Tecnologa Qumica. Entidad patrocinadora: Autofinanciado.Instalaciones: Laboratorio de Qumica Analtica Laboratorio de qumica Orgnica.Equipos: Secador Mufla EspectrofotmetroInstrumentos propios:PLAN DE TESISCARBON ACTIVADO DE CASCARA DE COCO

Pgina 1 Martillo Alicate Tijera

Ejecutores: CRISTOBAL AIRE, Jessica Geovana GUEVARA ROMAN, Lizet Miriam MACASSI ALLASI, Giuliana Cecilia