UNIVERSIDAD SAN PEDROFACULTAD INGENIERIA CIVIL

CURSO: DINAMICA CICLO: IV TEMA: CARBO ACTIVADO A PARTIR DE LA CASCARA DE COCO PROFESOR: CESAR JULIAN BENITES INTEGRANTES: ESPINOZA MERCADO YOSELYN

CHIMBOTE 2015

INDICEINTRODUCCION3 pg. Historia del carbn activado4 pg.Conceptos generales5 pg.Proceso de adsorcin5 pg.Concepto de carbn activado5 pg.Propiedades8 pg.Caractersticas fsico-qumicas9 pg.Composicin qumica10pg.Estructura fsica10pg.Tamao de poros10pg.Regeneracin del carbn activo11pg.Proceso de activacin11pg.Proceso fsico11pg.Proceso qumico12pg.Adsorcin con carbn activo13pg.Obtencin del carbn activado14pg.Carbn activo a partir de la cascara de coco14pg.Procedimiento para la obtencin del carbn activado15pg.APLICACIONES16pg.CONCLUSIONES19pg.REFERENCIAS20pg.

INTRODUCCION

El objetivo del presente estudio es mostrar una gua de consulta y apoyo a futuros estudios que puedan llevarse a cabo. A lo largo de todo el manual intentamos describir la activacin de un carbn, partiendo de la descripcin del carbn en s y destacando caracterstica y aplicaciones del carbn activo.En la actualidad una de las actividades ms interesantes dentro de la formacin a nivel de Ciencias es el estudio los materiales (Ullmans, 1986) (Bansal, Donnet, Stoeckli 1988). Esto se debe a su amplia aplicabilidad en diversas reas como laQumica ambiental, la industria y la Medicina. El carbono activo es utilizado en la industria como filtro, especialmente en la recuperacin de gases, control de emisiones, eliminacin de olores en aguas industriales y residuales (Marsh, 1989). Sin embargo dichos carbones varan de acuerdo a sus propiedades texturales y qumicas.Este trabajo trata sobre un producto llamado carbn activado. Se explican diferentes mtodos para su obtencin y como una vez obtenidos, se caracterizan para poder llegar a la conclusin de las posibilidades que el carbn activado tiene para poder adsorber diferentes tipos de partculas. Estas partculas pueden encontrarse en estado de agregacin lquido o gaseoso y pueden estar presentes en minerales, combustibles lquidos o gaseosos, bebidas, licores.

CARBO ACTIVADO A PARTIR DE LA CASCARA DE COCO1.- Historia del carbn activadoEl uso de los materiales de carbn se pierde en la historia, de forma que es prcticamente imposible determinar con exactitud cuando el hombre comenz a utilizarlos. Lo cierto es que antes del uso de lo que en la actualidad denominamos carbones activados, es decir carbones con una estructura porosa altamente desarrollada, ya se empleaban como adsorbentes el carbn vegetal, o simplemente maderas parcialmente quemadas. Los primeros usos de estos primitivos carbones activos, generalmente preparados a partir de madera carbonizada (carbn vegetal), parecen haber tenido aplicaciones mdicas. As, en Grecia se hall un papiro (ao 1550 a.C.) en el que se describe el uso de carbn vegetal como adsorbente para determinadas prcticas mdicas. Con posterioridad, en el ao 400 a.C., Hipcrates recomienda filtrar el agua con carbn vegetal para eliminar malos olores y sabores y para prevenir enfermedades. En relacin al tratamiento del agua con carbn activado, se sabe que ya 450 aos a.C. en los barcos fenicios se almacenaba el agua para beber en barriles con la madera parcialmente carbonizada por su cara interna. Esta prctica se continu hasta el siglo XVIII como medio para prolongar el suministro de agua en los viajes transocenicos. La primera aplicacin del uso de carbn activo en fase gas no tiene lugar hasta el ao 1793, cuando el Dr. D. Kehl utiliza el carbn vegetal para mitigar los olores emanados por la gangrena. El mismo doctor tambin recomienda filtrar el agua con carbn vegetal.La primera aplicacin industrial del carbn activado tuvo lugar en 1794, en Inglaterra, utilizndose como agente decolorante en la industria del azcar. Esta aplicacin permaneci en secreto durante 18 aos hasta que en 1812 apareci la primera patente. En 1854 tiene lugar la primera aplicacin a gran escala del carbn activado para tratamiento de gases, cuando el alcalde de Londres ordena instalar filtros de carbn vegetal en los sistemas de ventilacin de las cloacas. En 1872 aparecen las primeras mscaras con filtros de carbn activado utilizadas en la industria qumica para evitar la inhalacin de vapores de mercurio. El trmino adsorcin no fue utilizado hasta 1881 por Kayser para describir como los algunos tipos de materiales carbonizados atrapaban los gases. Aproximadamente por estas fechas R. Von Ostrejko, considerado el inventor del carbn activado, desarrolla varios mtodos para producir carbn activo tal y como se conoce en nuestros das, ms all de simples carbonizados de materiales orgnicos o del carbn vegetal. As, en 1901 patent dos mtodos diferentes para producir carbn activado. El primero consista en la carbonizacin de materiales lignocelulsicos con cloruros de metales; lo cual resulto la base de lo que hoy en da es la activacin qumica. En el segundo, propona una gasificacin suave de materiales previamente carbonizados con vapor de agua o CO2; es decir una activacin fsica, o ms correctamente trmica. La Primera Guerra Mundial, y el uso de agentes qumicos durante esta contienda, trajeron como consecuencia la necesidad urgente de desarrollar filtros de carbn activo para mscaras de gas. Sin duda este acontecimiento fue el punto de partida para el desarrollo de la industria del carbn activo, y de un buen nmero de carbones activos usados no slo en la adsorcin de gases txicos sino en la potabilizacin de agua. A partir de este momento, tuvo lugar el desarrollo de multitud de carbones activos para aplicaciones ms diversas: depuracin de gases y aguas, aplicaciones mdicas, soporte de catalizadores, etc.En la actualidad est ampliamente implantado el empleo de carbn activo en diversos campos de la industria tales como la industria de los azcares, la industria qumica, la industria farmacutica, etc. y adems, se est incrementando su uso cada vez ms en el tratamiento de aguas residuales, potables y en procesos industriales, ya que, el carbn activo, es la sustancia adsorbente por excelencia. Esta elevada capacidad de adsorcin de diversas sustancias, junto con la gran facilidad y rapidez de eliminacin del medio tratado y la posibilidad de, una vez agotado, ser regenerado para su reutilizacin, permite un tratamiento eficaz y barato en mltiples aplicaciones, en muchas de las cuales es un producto insustituible.2.- Conceptos generalesa.- Proceso de adsorcin.- Es conveniente analizar primero el proceso de adsorcin, para as comprender mejor que es el carbn activado y como realiza su funcin. La adsorcin es un proceso por el cual los tomos en la superficie de un slido, 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.b.- 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 m2/gr 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 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. Para darnos una idea ms clara de la magnitud de la misma, imaginemos un gramo de carbn en trozo el cual moleremos muy fino para incrementar su superficie, como resultado obtendremos un rea aproximada de 3 a 4 m2, en cambio, al activar el carbn logramos multiplicar de 200 a 300 veces este valor.Por todo ello, cuando se desea remover una impureza orgnica que causa color, olor o sabor indeseable, normalmente la adsorcin con carbn activado suele ser la tcnica ms econmica y sencilla.El carbn activado es un trmino general que denomina a toda una gama de productos derivados de materiales carbonosos. Es un material que tiene un rea superficial excepcionalmente alta.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 m2/g de carbn.La diferencia fundamental entre uno y otro tipo de carbn radica en la estructura, o arreglo de sus tomos. En el caso del carbn activo, stos se encuentran combinados en forma de placas granticas, que pueden representarse de acuerdo a la siguiente figura.

Imagen 1. Estructura del carbn activadoLas placas estn separadas y tienen distintas orientaciones, por lo que existen espacios entre ellas, a los que se les denominan poros, que brindan al carbn activo su principal caracterstica: una gran rea superficial, y por lo tanto, una alta capacidad adsorbente. El rea de la mayora de los carbones activados comerciales estn entre 500 1500 m2/g.El carbn activado es un material de carbn que se prepara en la industria para que tenga una elevada superficie interna y as poder adsorber (retener sobre su superficie) una gran cantidad de compuestos muy diversos, tanto en fase gaseosa como en disolucin.Se trata de un material poroso que 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 absorbente 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.Basndonos en la difraccin de rayos X, se pueden describir dos tipos de estructuras porosas para el carbn activado:- El primer tipo de estructura est formado por microcristalitas que en dos planos son semejantes al grafito constituido por capas paralelas de tomos de carbono ordenadas hexagonalmente.- El segundo tipo de estructura se describe como un retculo tridimensional de hexgonos de carbono desordenados como resultado del ordenamiento al azar de las estructuras bencnicas condensadas que se forman durante la carbonizacin.Entre los microcristales que constituyen el carbn, existen huecos o espacios vacos los cuales se denominan poros. El rea superficial total de estos poros, incluida el rea de sus paredes, es muy amplia, siendo sta la principal razn de su gran capacidad de absorcin.De acuerdo con la terminologa de la IUPAC, los poros cuyo tamao no excede de 2 nm son llamados microporos, que son donde ocurre el fenmeno de adsorcin en mayor medida, los que exceden de 50 nm son llamados macroporos, stos juegan un papel importante en el transporte del adsorbato a travs de los mesoporos hasta los microporos, los mesoporos son de tamao intermedio a los valores mencionados (entre 2 y 50 nm). El volumen de los microporos es en general mayor de 0,2 cm3/g pudiendo alcanzar elevados valores de rea de superficie especfica interna.Podemos clasificar el carbn activo en granular y polvo, dependiendo del tamao de grano del mismo (grano grueso o grano fino).

Imagen 2. Carbn granular y carbn en polvo3.- PropiedadesDesde tiempos remotos los egipcios descubrieron que el carbn de madera podra utilizarse para purificar otros productos e incluso usarse con fines medicinales. En la actualidad, el carbn activado es utilizado para remover color, olor y sabor de una infinidad de productos, por lo cual lo podemos encontrar en aplicaciones tan sencillas como peceras o filtros de refrigerador, hasta complejos sistemas industriales como modernas plantas de tratamiento de aguas residuales o delicados sistemas de elaboracin de antibiticos.Son dos las caractersticas fundamentales en las que se basan las aplicaciones del carbn activado: elevada capacidad de eliminacin de sustancias y baja selectividad de retencin.La elevada capacidad de eliminacin de sustancias se debe a la alta superficie interna que posee, si bien porosidad y distribucin de tamao de poros juegan un papel importante. En general, los microporos le confieren la elevada superficie y capacidad de retencin, mientras que los mesoporos y Macroporos son necesarios para retener molculas de gran tamao, como pueden ser colorantes o coloides, y favorecer el acceso y la rpida difusin de las molculas a la superficie interna del slido.

Imagen 3. Macroporos y mesoporos en los grnulos de carbn activoPor otra parte, el carbn activado tiene escasa especificidad ante un proceso de retencin, es un adsorbente universal.No obstante, por su naturaleza apolar y por el tipo de fuerzas implicadas en el proceso de adsorcin, retendr preferentemente molculas apolares y de alto volumen molecular (hidrocarburos, fenoles, colorantes), mientras que sustancias como nitrgeno, oxgeno y agua prcticamente no son retenidas por el carbn a temperatura ambiente. De ah que ms de 190.000 toneladas al ao (de las 375.000 producidas) se destinen a la eliminacin de contaminantes procedentes de sectores muy variados, tanto en fase gas (sulfuro de hidrgeno, dixido de azufre, xidos de nitrgeno, vapores de gasolinas) como lquida (aguas potables, industriales y residuales, tintoreras).Finalmente, cuando la sustancia a eliminar tiene una polaridad apreciable, bajo volumen molecular y est muy diluida en aire, la retencin a temperatura ambiente por el carbn slo es efectiva si se impregna con reactivos especficos o se aprovechan las propiedades catalticas del carbn. De esta manera, tras la adsorcin se producen unas reacciones qumicas que transforman los productos txicos en inertes que se desorben o quedan retenidos en la porosidad del carbn.4.- Caractersticas fsico-qumicasa) Composicin qumicaEl trmino carbn activo designa un amplio espectro de materiales que se diferencian fundamentalmente en su estructura interna (distincin de poros y superficie especfica) y en su granulometra.Desde el punto de vista de la composicin qumica, el carbn activo es carbn prcticamente puro, al igual que lo es 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 adsorbatos y que estn contenidas en un lquido o gas.La composicin qumica del carbn activo es aproximadamente un 75-80% en carbono, 510% en cenizas, 60% en oxgeno y 0,5% en hidrgeno.b) Estructura fsicaEl 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: Macroporos (r>25 nm), mesoporos (25>r>1 nm) y microporos (r 2 nm) apropiado para aplicaciones en fase lquida [Reinoso, (2005)]. Adems, de obtener una amplia distribucin de poros, el carbn activado obtenido de la cscara de coco resulta con mayor dureza y resistencia, comparado con el obtenido de madera. Otra ventaja que ofrecen los carbones activados obtenidos de materiales orgnicos, en relacin a los obtenidos de materiales inorgnicos, es que en los primeros, el porcentaje de cenizas es menor.El coco como materia prima a nivel mundial es muy abundante. Se produce en ms de 90 pases en el mundo, no obstante solo en una docena de ellos se concentra el 91.1 % de supercie plantada con este cultivo. Los pases asiticos son los que cuentan con la mayor extensin. Los dos nicos pases en Amrica que forman parte de este grupo son Brasil con 2.4 % y Mxico con 1.4 % ocupando el doceavo lugar. b. Procedimiento para la obtencin del carbn activadoPara la elaboracin de carbn activado se partir del material como lo es la cascara de coco, en una primera etapa la materia prima se somete a un proceso de carbonizacin en atmsfera libre donde se produce una importante contraccin de volumen como consecuencia de la deshidratacin y la prdida parcial de distintos compuestos producidos durante la pirlisis del carbn (que es la descomposicin del compuesto qumico por accin del calor). La segunda etapa es la de activacin del material carbonoso, donde se genera un material con una elevada rea superficial y porosidad.Procedimientos de elaboracin 1 etapa: Pirlisis del carbn Se recolecta la materia prima (cascara de coco) seca o semiseca y se coloca en una bandeja de aluminio para someterla a un proceso de carbonizacin. Cuando la materia prima tenga una apariencia de carbn (brazas) se agregara agua para que no se haga cenizas. 2 etapa: Activacin del material carbonoso El carbn obtenido se proceder solearse por un espacio de tiempo de 3 das, esto se hace con el propsito de que el carbn habr sus poros (micro a meso-poros 5nm-50 nm adecuados para la eliminacin de molculas pequeas, contiene un PH neutro) y poder ser utilizado. Seguido se proceder al triturado del carbn (polvo y granular) por medio de un molino manual. El Producto obtenido se tamizara y posterior ser utilizado para filtros de agua.

c. AplicacionesPrincipalmente en la filtracin de lquidos y gases, las aplicaciones mas importantes se enlistan a continuacin:Aire y gas En gases de combustin, la eliminacin de Dioxinas, removiendo gases de combustin. Recuperacin de disolventes orgnicos voltiles. Reduccin de mercaptanos, reduccin de malos olores en plantas de tratamiento de aguas, eliminacin de cido sulfidrihico (H2S) y amoniaco (NH3). Biogs: reduciendo niveles de sulfuro de hidrogeno purificando el gas metano. Mscaras de gas: Filtros porttiles de gas para personas expuestas por trabajo a gases altamente txicos. En la obtencin de hidrogeno, presin oscilante de adsorcin (PSA)Agua Agua potable: si existe mal olor, sabor y color, provocados por qumicos orgnicos o productos agrcolas. Reduccin de cloro libre: oxidantes fuertes que provocan mal sabor en bebidas o desgaste en equipo. Agua de proceso: agua de enfriamiento, agua de alimentacin de la caldera, el agua de esterilizacin y agua para confeccin de soluciones, cumpliendo con la necesidad de alta pureza y eliminacin de contaminantes especficos. Acuarios: granjas de peces, eliminando cloramidas y otros compuestos que pueden afectar la vida marina cuidando su inversin. Aguas residuales: eliminando los contaminantes orgnicos disueltos perjudicial para humanos y medio ambiente, cumpliendo con normas de desechos a alcantarillado de forma industrial. Reacondicionamiento de suelos cultivables: eliminando residuos de plaguicidas, fungicidas y otros compuestos qumicos que por depsito afectan y perjudican el crecimiento y cultivo a realizar. Bebidas: purificacin de agua eliminando trihalometanos, sabor a cloro, olor a cao, color turbio amarillento. Alimentos Refinacin de azcar: decolorando jarabe de caa o remolacha, elimina colorantes naturales (polifenoles), aminocidos, polisacridos. Edulcorantes de fructuosa de maz: decoloracin y mejoramiento de sabor para bebidas alcohlicas y no alcohlicas. Edulcorantes artificiales derivados de fructuosa, almidn o un proceso de sntesis, dejndolos en estndares de sabor y color. Aceites comestibles, de pescado y grasas: eliminan pigmentos naturales como carotenoides, clorofilas y xantofilas, especialmente en los de coco y girasol refinado, al remover hidrocarburos aromticos policclicos (PAH). Sabores y esencias: protenas vegetales hidrolizadas, glutamato monosdico y cido glutmico. Lactosa: purifica la lactosa comestible para obtenerla en grado farmacutico, elimina la riboflavina (vitamina B2 de color amarillo), las protenas residuales, adsorcin de hidroximetilfurfural (precursor de color).Bebidas Destilacin de tequilas: Reduce compuestos organolpticos, cata el sabor y decolora en grado de calidad el tequila para ofrecer un producto de calidad. Vinos: ajuste de sabor y color, eliminacin de myotoxinas Produccin de cerveza: produce agua de calidad, desodoriza y purifica el CO2, producir malta base clara para otras bebidas Jugo de frutas: clarifica zumo de fruta, decoloracin de jugos, ajuste de sabor y color y extensin de vida til en jugos, eliminacin de la patulina en zumo de manzana. Agua: la industria de bebidas (jugos, agua purificada o licores) requiere agua pura, sin olor, color y sabor, elimina el cloro y protege el equipo hidrulico en planta. Dixido de carbono: purificacin de CO2 eliminando el azufre, compuestos aromticos y otras sustancias orgnicas.Qumica cidos: En la fabricacin de productos de alta calidad eliminando impurezas y mejorando color. Galvanoplastia: limpieza de baos de galvanoplastia, donde se acumulan compuestos orgnicos nocivos para la salud. Glicoles: purificacin de anticongelante, la mayora ocupa este material para obtener un producto que supera la calidad OEM por lo menos en un punto del proceso. Oleoquimicos: purificacin de cidos grasos, steres metlicos de cidos grasos, alcoholes grasos, aminas grasas y glicerinas refinadas. Tintoreras: recuperacin y decoloracin de solventes para limpieza en seco. Agricultura: Elimina los residuos de plaguicidas orgnicos en el suelo, mejorndolo para el crecimiento de los cultivos. Minera: Recuperacin y adsorcin de oro por lixiviacin en columna, cuando la relacin oro-plata se inclina hacia obtener ms plata que oro es aqu donde el proceso se hace ms sustentable, se requiere alta dureza del carbn activado y buena adsorcin de parmetro K. Hidrocarburos edulcorantes: soporte de catalizador en el proceso de endulzamiento de hidrocarburos, adicionando azcar de mercaptanos de fracciones ms pesadas.Farmacutica Vitaminas: 1) Decoloracin de vitaminas y purificacin 2) el aislamiento (por adsorcin) de ciertas vitaminas en los caldos de fermentacin, estas son recuperadas por extraccin por solventes y destilacin Enzimas: Amilasa las glucosas ismeras, lipasa y proteasa son decoloradas. Analgsicos: en su produccin se encuentra color obscuro por lo que debe ser clarificado. Soluciones: ayuda a conseguir la ultra pureza de sustancias liquidas en general. Antibiticos: en la produccin de penicilina se debe obtener una clarificacin pues se obtiene color obscuro. Sustancias intermedias de proceso en la decoloracin, ya que varias se obtienen no en el color deseado. Las tabletas y cpsulas: para el tratamiento de gastroenteritis que ocasionan problemas gastrointestinales.

CONCLUSIONES El carbn activado es un excelente adsorbente universal, que tambin tiene algunas propiedades catalticas. Se utiliza ampliamente para purificar agua y corrientes de aguas residuales para remover orgnicos, cloro y algunos inorgnicos.

El carbn activado se fabrica a partir de cualquier material carbnico como la madera, el carbn mineral, la cscara de coco, etc., el cual es clasificado segn el tamao, carbonizado y activado para crear la enorme rea de superficie y la estructura interna del poro que define al carbn activado.

El carbn activado desgastado puede ser reciclado algunas veces para uso futuro en sistemas correctivos o puede ser reactivado en el sitio segn se requiera para reso en el sitio si el uso de la aplicacin garantiza el costo del sistema.

El carbn activado remueve compuestos de sabor y olor del agua potable, lo que da por resultado un agua con mejor sabor y ms sana para consumo humano. Este remueve el cloro y las cloramidas del agua potable utilizada para hacer bebidas como agua embotellada, refrescos y cerveza.

En sistemas de aguas residuales, el carbn activado usualmente es parte del proceso de tratamiento que reduce los niveles de compuestos orgnicos, como herbicidas, insecticidas, compuestos orgnicos voltiles (COVs) y benceno tolueno etilbenceno y xilenos (BTEX) componentes de la gasolina.

BIBLIOGRAFIA http://www.cdaguas.com.ar/pdf/aguas/15_Que_es_el_carbon_activ.pdf http://es.wikipedia.org/wiki/Carb%C3%B3n_activado http://www.monografias.com/trabajos45/carbon-activado/carbon-activado2.shtml http://www.paginasprodigy.com.mx/carmexjal/pagina167641.html http://www.aguamarket.com/sql/temas_interes/101.asp Romero Rojas, Jairo (2000) Tratamiento De Aguas Residuales, Teora Y Principios De Diseo. Editorial escuela colombiana de ingeniera.

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