PRODUCCION DE

CARBON ACTIVADO A PARTIR DE

LA CASCARA DE COCO

2014

PARA LA

FILTRACION DE

AGUA RESID

UAL

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

CURSO: MECANICA DE PARTICULAS

PORESOR: ING. ROBERTO LAZO CAMPOSANO

INTEGRANTES:

1. ALVARADO ORTIZ, ANGELICA2. BERROSPI DIAZ, DAVIS3. CABELLO VILLÓN, ENRIQUE4. CÓRDOVA RIVERA, ROSTAIN 5. OBANDO MORENO, LAURA6. PAUCAR BLAZ, SASHA

1. INTRODUCCION

El carbón activado es un material poroso carbonáceo con una gran área superficial, es capaz de adsorber una gran diversidad de sustancias tanto gaseosas como líquidas, y es conocido desde principios del siglo pasado, por sus propiedades absorbentes. En la actualidad es ampliamente utilizado para remover el color, olor, sabor y un sin número de impurezas orgánicas durante el tratamiento de agua para el uso doméstico e industrial. También se usa en la recuperación de solventes, en la remoción del color en diversas esencias azucaradas, en el control de la contaminación ambiental, en la industria farmacéutica y médica.

Actualmente el 60% de los carbones activados producidos a nivel mundial se obtienen a partir de carbón mineral. Una parte de este carbón activado se destina a la eliminación de contaminantes procedentes de sectores muy variados, tanto en gases (sulfuro de hidrógeno. dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno. vapores de gasolina), como en líquidos (aguas industriales. aguas residuales, tintorerías).

En la actualidad está ampliamente implantado el empleo de carbón activo en diversos campos de la industria tales como la industria de los azucares, la industria química, la industria farmacéutica etc. y, además, se está incrementando su uso cada vez más en el tratamiento de aguas residuales, potables y de proceso industrial, ya que, el carbón activo, es la sustancia adsorbente por excelencia.

El presente trabajo tiene como finalidad, obtener carbón activado a partir de la cascara de coco así como su utilización en el tratamiento de aguas residuales.

2. OBJETIVOS

2.1 Obtención de carbón activado a partir de la cascara de coco

2.2 Realizar la activación del carbón con acido nítrico

2.3 Comprobar la efectividad del carbón obtenido en la filtración de agua residual de una industria textil

2.4 Ampliar nuestros conocimientos teóricos acerca del carbón activado, así como de las aguas residuales

2.5 Investigar acerca de los métodos de análisis normalizados para aguas

3. MARCO TEORICO

3.1 EL COCO Y SU COMPOSICION

El coco (Cocos nucifera) pertenece a la familia de las palmáceas, y aunque no se sabe con exactitud, su origen se sitúa en las islas del Pacífico. Actualmente se cultiva en todos los países tropicales del mundo. El cocotero, o árbol de coco, es una planta monoica (de tronco único), casi siempre inclinada, que alcanza una altura de 10-20 m y hasta 50 cm de diámetro. Tiene hojas pinnadas de 1,5 m de largo. El fruto, de forma redondeada, puede pesar 2-3 kg y tiene una cáscara fibrosa (de 20-30 cm) de color amarillento, y otra capa intermedia marrón (hueso central), en cuyo interior se encuentra la semilla o pulpa (parte blanca comestible). El agua que alberga en su interior, el agua de coco, es un líquido azucarado que se encuentra en una cantidad aproximada de 300 ml.

Estacionalidad:La cosecha del coco varía según el tipo de producción, es sobre todo de enero a julio. Si se comercializa como fruta fresca o se destina a la industria con fines de envasar agua, la cosecha se efectúa cuando el coco tiene entre 5 y 7 meses. En esta época el contenido de azúcar y agua es muy elevado y el sabor es más intenso. Si se destinan a la producción de coco rallado, deshidratado o para la extracción de aceite, la cosecha se realiza cuando los cocos caen al suelo o cuando uno de los cocos de un racimo está seco.

COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL COCO

Agua (en la carne) 4%Hidratos de carbono 82% (4% fibra)Lípidos 3%Proteínas 8%Calcio 156 mg/100 gFósforo 200 mg/100 gVitamina C 146 mg/100 gVitamina B1 0,1 mg/100 gVitamina B2 0,1 mg/100 gVitamina PP 1,6 mg/100 g

3.2 AGUA DE COCO, COMPOSICION Y PROPIEDADES

El agua de coco es el líquido que contiene el fruto. Si dice que cuanto más verde sea, más abundante y rica en nutrientes será el agua. El resultado es una bebida perfecta para saciar la sed, muy consumida en países tropicales donde se cultivan palmeras cocoteras. Por su composición, el agua de coco se ha convertido en una alternativa a las bebidas energéticas, azucaradas y las especiales para personas con una alta actividad física muscular. Además, el ligero sabor dulce favorece la digestión y no provoque sensación de estómago lleno tras su ingesta, por lo que permite continuar el ejercicio sin problemas.

El agua de coco es baja en carbohidratos, baja en grasa -99% libre de grasa-, baja en azúcar, contiene componentes orgánicos cuyas propiedades promueven un crecimiento saludable, ideal para personas que sufren de anemia o desórdenes alimenticios.

Propiedades del agua de coco

• Contiene una gran cantidad de sales minerales como cobre, zinc, hierro, ácido fólico y fósforo. El mineral que proporciona más de la mitad de la concentración del agua de coco está el potasio.

• Es rica en vitamina E y vitaminas del grupo B.

• Rico en fibra, así que estimula el buen desempeño intestinal, removiendo atascamientos y sustancias fermentadas de los intestinos los cuales causan severos problemas de salud.

Indicada para personas que sufren colitis, úlceras gástricas, debilidad del estómago y estreñimiento. Combate anemia, agotamiento nervioso y adelgazamiento.

• Ya que es rica en potasio es uno de los tantos minerales que aporta, esto es muy bueno para nuestro cuerpo ya que el potasio es el mejor regulador electrolítico para nuestro cuerpo, provocando una mejor eliminación de toxinas por vías naturales.

• Su agua contiene un gran valor calórico que existe.

• Contienen gran contenido de vitamina A, la cual es necesaria para la piel, las funciones de la vista e indispensable en etapa de crecimiento.

• Buena para fortalecer y nutrir los huesos, uñas y dientes. Es recomendable para los niños en etapa de crecimiento, para madres que amamantan y embarazadas. Ayuda en casos de artritis y osteoporosis, y es un complemento nutricional útil en la menopausia y andropausia.

• Remineraliza el cuerpo, por lo que se recomienda altamente a deportistas y para tomar en lugares donde hace mucho calor.

• Ayuda a eliminar el exceso de alcohol del organismo

• Aumenta las plaquetas y refuerza el sistema inmune.

• Rico en magnesio, el cual es indispensable para el buen funcionamiento de los intestinos, sistema nervioso y el funcionamiento óptimo de los músculos.

• Nutre y vuelve resistente el sistema inmune

 Ayuda a combatir desnutrición y es un excelente hidratante en tiempos de calor, un suero natural por excelencia.

• Es un excelente laxante, limpia y purifica el intestino y la sangre.

• Ayuda a regular los niveles de los fluidos corporales lo cual apoya en el mantenimiento de la correcta presión sanguínea, fomentando una adecuada circulación sanguínea y linfática.

• Estimula las funciones renales y hepáticas.

3.3 PRODUCTOS DERIVADOS DEL COCO

Industria : la copra se usa como materia prima para la extracción de aceite de uso alimenticio y en productos de higiene corporal y cosmética. El hueso que cubre la copra se emplea para producir carbón y carbón activado o como combustible para calderas.

Ganadería : la harina de coco es un subproducto de la extracción del aceite y se usa como alimento para el ganado. Las hojas se emplean como forraje para el ganado vacuno en épocas de escasez.

Agricultura : el polvo de la estopa se usa en suelos arenosos ya que mejora la retención de agua y la textura del suelo. Además, los productos residuales de la extracción del aceite se utilizan para preparar abonos orgánicos. La fibra de coco puede usarse como sustrato hortícola alternativo en el cultivo sin suelo.

Construcción : la madera se emplea para la fabricación de casas, puentes y granjas y las palmas, en techos. Con la corteza también se elaboran muebles.

Artesanía : las palmas se usan para hacer canastas, sombreros, alfombras, etc. La concha se emplea para fabricar botones, cucharas, adornos, etc. La fibra, resistente al agua de mar, se utiliza para cables y aparejos de naves, hacer mantas y bolsos o incluso escobas y cepillos.

Medicina : por su potencial acción antiséptica y diurética, en muchos países tropicales se emplea como remedio popular contra el asma, la bronquitis, contusiones, quemaduras, estreñimiento, disentería, tos, fiebre, gripe, etc. El coco posee todos los minerales esenciales y posee también muchos oligoelementos por lo cual es vital para la ayuda a re establecer la salud o ayudar a mantenerla[2]

Ecología : la presencia de estos árboles contribuye a la regulación del microclima y a la protección de los suelos.

Turismo : los cocoteros constituyen los paisajes costeros y embellecen las playas.

Jardinería : en las calles o como plantas de interior; también con la madera del tronco se hacen macetas.

3.4 LUGARES DE PROCEDENCIA DEL COCO EN EL PERU

Ucayali Tumbes Piura Loreto Iquitos

3.5 EMPRESAS EXPORTADORAS DE COCO EN EL PERU

PronaturReinas del pacificoImport Export agroindustria san JoséAgroindustria san Pedro

3.6 CARBON ACTIVADO

Breve historia del Carbón Activado:

El uso de los materiales de carbón se pierde la historia, de forma que es prácticamente imposible determinar con exactitud cuando el hombre comenzó a utilizarlos. Lo cierto es que antes del uso de lo que en la actualidad denominamos carbones activos, es decir carbones con una estructura porosa altamente desarrollada, ya se emplearon como adsorbentes el carbón vegetal, o simplemente maderas parcialmente desvolatilizadas o quemadas.

Los primeros usos del estos primitivos carbones activos, generalmente preparados a partir de madera carbonizada (carbón vegetal), parecen haber tenido aplicaciones médicas. Así, en Tebas (Grecia) se halló un papiro que data del año 1550 a.C. en el que se describe el uso de carbón vegetal como adsorbente para determinadas prácticas médicas. Con posterioridad, en el año 400 a.C., Hipócrates recomienda filtrar el agua con carbón vegetal para eliminar malos olores y sabores y para prevenir enfermedades. En relación al tratamiento del agua con carbón activo, se sabe que ya 450 años a.C. en los barcos fenicios se almacenaba el agua para beber en barriles con la madera parcialmente carbonizada por su cara interna. Esta práctica se continuó hasta el siglo XVIII como medio para prolongar el suministro de agua en los viajes transoceánicos. Sin embargo, la primera aplicación documentada del uso de carbón activo en fase gas no tiene lugar hasta el año 1793, cuando el Dr. D.M. Kehl utiliza el carbón vegetal para mitigar los olores emanados por la gangrena. El mismo doctor también recomienda filtrar el agua con carbón vegetal.

La primera aplicación industrial del carbón activo tuvo lugar en 1794, en Inglaterra, utilizándose como agente descolorante en la industria del azúcar. Esta aplicación permaneció en secreto por 18 años hasta que en 1812 apareció la primera patente. En 1854 tiene lugar la primera aplicación a gran escala del carbón activo en fase gas, cuando el alcalde de Londres ordena instalar filtros de carbón vegetal en los sistemas de ventilación de las cloacas. En 1872 aparecen las primeras máscaras con filtros de carbón activo utilizadas en la industria química para evitar la inhalación de vapores de mercurio.

Sin embargo el término adsorción no fue utilizado hasta 1881 por Kayser para describir como los carbonizados atrapaban los gases. Aproximadamente por

estas fechas R. von Ostrejko, considerado el inventor del carbón activo, desarrolla varios métodos para producir carbón activo tal y como se conoce en nuestros días, más allá de simples carbonizados de materiales orgánicos o del carbón vegetal. Así, en 1901 patentó dos métodos diferentes para producir carbón activo. El primero consistía en la carbonización de materiales lignocelulósicos con cloruros de metales; lo cual resulto la base de lo que hoy en día es la activación química. En el segundo, proponía una gasificación suave de materiales previamente carbonizados con vapor de agua o CO2; es decir una activación física, o más correctamente térmica.

La Primera Guerra Mundial, y el uso de agentes químicos durante esta contienda, trajeron como consecuencia la necesidad urgente de desarrollar filtros de carbón activo para máscaras de gas. Sin duda este acontecimiento fue el punto de partida para el desarrollo de la industria de carbón activo y de un buen número de carbones activos usados no solo en la adsorción de gases tóxicos sino en la potabilización de agua. A partir de este momento tuvo lugar el desarrollo de multitud de carbones activos para las aplicaciones más diversas: depuración de gases y aguas, aplicaciones médicas, soporte de catalizadores, etc. 

Carbón activado de acuerdo a su origen:

TIPO DE CARBON ACTIVADO DE ACUERDO

CON SU ORIGEN

PRINCIPAL APLICACIÓN EN EL TRATAMIENTO DE

AGUAOBSERVACIONES

Madera de pino Agua residual con colores intensos y/o con

cantidades sustanciales de grasas, aceites y otros

compuestos de alto peso molecular. Potabilización

de agua superficial con alto contenido de   materia

orgánica natural

Se requiere  un  carbón activado macro

poroso, ya que los contaminantes

mencionados tienen un tamaño molecular relativamente grande. Usado en la industria textil, de alimentos y de petróleo. Como

este carbón activado es poco duro se aplica

en    polvo

Carbón mineral lignítico

Agua residual cuyos contaminantes sean muy diversos, como es el caso

de las de procedencia municipal.

Este carbón activado tiene poros de muy

diversos tamaños, por lo que es el adecuado en el caso de que los contaminantes sean

de una gran gama de tamaños moleculares.

La dureza de este carbón es

relativamente baja.

Carbón mineral bituminoso

Agua residual en la que predominen contaminantes

de peso molecular intermedio. Potabilización de agua superficial o con un ligero color producido

por algas.

La mayoría de los poros de este CA están en  el rango bajo de la meso

porosidad. Es menos duro que el de coco, pero más adecuado cuando hay una  alta

proporción de contaminantes no

volátiles

Concha de coco

Potabilización de agua de pozo. Eliminación de olor,

sabor y compuestos volátiles en agua

superficial. Agua residual contaminada con solventes

volátiles o con otras moléculas de bajo peso

molecular.

Es el carbón con más proporción de micro

poros, por lo tanto es el más adecuado para

retener moléculas pequeñas. Es el carbón utilizado

cuando solamente se requiere decolorar, ya que es el más duro y

resistente a la abrasión.

Características importantes que debe reunir un buen adsorbente son las siguientes:

Alta capacidad de adsorción. La relación de equilibrio entre las fases influye en la eficacia con que se alcanza la capacidad final y, en muchos casos, controla la capacidad real del soluto. Como quiera que los mecanismos de unión son muy complejos y no se han determinado con precisión aún, no se dispone de una norma satisfactoria mediante la cual puedan preverse, a priori las afinidades relativas entre un material poroso y una sustancia.

Propiedades físicas y tamaño de partícula adecuados para garantizar la necesaria resistencia mecánica y facilidad de manejo, produciendo la menor pérdida de carga posible tanto en lechos fijos como en los móviles o fluidizados.

Costo bajo, tanto de la materia prima como del proceso de fabricación. Fácil regeneración; por desorción, especialmente en el caso de los

procesos continuos.

3.7 PROPIEDADES QUIMICAS

La naturaleza química de un Carbón Activado también define sus propiedades

adsorbentes, ya que la superficie del carbón contiene una serie de grupos

funcionales principalmente grupos oxigenados y nitrogenados que determinan

dicha naturaleza.

Estos grupos funcionales se forman en los procesos de activación cuando los

radicales libres de la superficie del carbón interactúan básicamente con átomos

de O (oxidación) y N, provenientes del precursor o de la atmósfera. Otros

componentes menos frecuentes presentes en el CA son: halógenos, fósforo,

azufre, potasio y calcio.

En la Figura se muestran los grupos funcionales más frecuentes en la

superficie de un CA, los cuales además de los electrones p deslocalizados son

responsables de la reactividad química de la superficie del carbón, asociado a

su capacidad de adsorción e hidrofobicidad lo que facilita su aplicación para

adsorber preferentemente moléculas apolares desoluciones.

Aunque, es posible funcionalizar el CA durante el proceso de preparación, introduciendo grupos funcionales hidroxilo, carbonilo y carboxilo en su superficie para convertirlo en hidrófilo. Así, el CA tiene carácter anfótero [18]. Muchos investigadores intentan elucidar el mecanismo por el cual un CA puede tener carácter ácido o básico. Los grupos carboxilo, hidroxilo y lactona se comportan como ácidos en medio básicos. La cantidad y ti o de grupos superficiales determinan el carácter básico o ácido del CA y la forma y el comportamiento que adopten estos grupo , que pueden interactuar entre ellos, estará afectado además por el pH de la solución en el proceso de adsorción.

3.8 APLICACIONES Y USOS

El  carbón  activado  es  el  adsorbente  más versátil por su alta superficie específica, distribución polimodal de tamaños de poro, estructura porosa en forma de rendija y por su capacidad de presentar diferentes tipos de naturaleza química en su superficie. Es necesario mencionar que aunque sólo alrededor de un 20% del carbón activado producido está destinado a aplicaciones  en fase  gaseosa,  suele  ser  mucho  más caro, y en cuanto a costo supone alrededor del 40% del valor total del carbón activado vendido. La mayor parte del este carbón es granular o conformado y las principales aplicaciones son: recuperación de disolventes, control de las emisiones de vapores de gasolina, control de gases industriales, separación de gases, eliminación de olores en depuradoras de aguas residuales, soporte de catalizadores, etc.

Los carbones activados que se utilizan en aplicaciones en fase líquida difieren fundamentalmente de los de fase gaseosa en la distribución de tamaños de poros, puesto que los primeros deben tener un mayor volumen de macro poros para facilitar la difusión de los líquidos a los meso y micro poros. La aplicación puede requerir  carbón  activado  en  polvo,  granular  o conformado (el tamaño medio del carbón en polvo es 15-20mm, mientras que el granular suele ser 0,3-3,0 mm), y la selección se basa fundamentalmente en el grado de purificación que se requiera

El carbón activado tiene una amplia gama de aplicaciones tanto en polvo como granular en medio líquido y gaseoso.

Sus aplicaciones en medio líquido abarca la decoloración de licores de azúcar, potabilización de aguas (eliminación de olor, color, sustancias químicas, bacterias, tratamientos de aguas residuales, decoloración de aguas para su uso en la fabricación de bebidas refrescantes, decoloración y mejora de bebidas alcohólicas (vinos, rones), purificación de grasas y aceites comestibles, purificación de proteínas, como medicamento en la desintoxicación de personas, purificación de plasma sanguíneo, separación de elementos metálicos ( oro, plata), entre otras.

Por su parte en medio gaseoso encuentra sus aplicaciones en el almacenamiento y separación de gases, en máscaras antigás, protección anti radiactiva en plantas nucleares, desodorizante de productos alimenticios, además hoy tiene amplias perspectivas de aplicación como soporte catalítico y como catalizador.

Entre otras aplicaciones, de forma general, se pueden mencionar su utilización en filtros de cigarrillos y plantillas de calzados, entre otros.

En general, el carbón pulverizado se aplica en medio líquido mientras el granulado puede ser aplicado en ambos medios (líquidos y gases).

Tratamiento de agua:

Depuración de agua subterránea, Decoloración del agua, Depuración de aguas para piscinas, Refinamiento de las aguas residuales tratadas. Remoción de impurezas que le dan color, olor y sabor al agua

potable

Factores que influyen en la adsorción de compuestos presentes en el agua:

El tipo de compuesto que desee ser eliminado. Los compuestos con elevado peso molecular y baja solubilidad se absorben más fácilmente.

La concentración del compuesto que desea ser eliminado. Cuanto más alta sea la concentración, más carbón se necesitará.

Presencia de otros compuestos orgánicos que competirán con otros compuestos por los lugares de adsorción disponibles.

El pH del agua. Por ejemplo, los compuestos ácidos se eliminan más fácilmente a PH bajos. 

Uso médico:

El carbón activado es utilizado como agente adsorbente para tratar envenenamientos y sobredosis por ingestión oral. Previene la absorción del veneno en el estómago. La dosificación típica para un adulto es de 30-50 g. Las dosis pediátricas son 12-25 g. El uso incorrecto de este producto puede producir bronco aspiración (ingreso a los pulmones) y puede dar lugar a un desenlace fatal si no es controlado. Para el uso fuera del hospital, se presenta en comprimidos de 1 g, o en tubos o botellas plásticas, comúnmente de 12,5 ó 25 g, premezclados con agua. Tiene nombres comerciales como InstaChar, SuperChar, Actidose y Liqui-Socarra, pero por lo general se le llama simplemente carbón activado.

Purificación del oro y plata:

Los carbones activados se utilizan por su estructura granular, los que tienen una gran superficie específica, las que permiten un alto grado de adsorción del oro y la plata, desde las soluciones cianuradas ricas a la superficie de estos carbones. A nivel industrial el método de adsorción por carbón activado es él más usado.

El carbón activado se fabrica a partir de la corteza del coco debido a su dureza lo que lo hace más resistente a la abrasión y la rotura, adema su capacidad de adsorción es mayor que otros carbones activados fabricados a partir de otros materiales.

La alimentación de las columnas se hace en contracorriente las que mantienen las partículas de carbón en suspensión evitando que el lecho se compacte La cantidad de oro que puede cargar un carbón activado depende de la cantidad de cianuro libre que haya en la solución, las impurezas y del pH de la solución, como así también del tiempo de contacto o dicho de otra forma del flujo de alimentación.

La primera columna que se contacta con la solución es retirada periódicamente y rotadas las restantes, agregándose al final una nueva columna con carbón descargado. El oro adsorbido sobre el carbón activado es extraído del mismo, mediante una solución alcalina de sulfato de sodio o bien una solución cianurada en caliente. El oro que contendrá esta última solución cianurada, se puede recuperar mediante electrólisis y luego purificarlo (refinado).

El carbón activo para los gases y el aire

Para la purificación de aire y de gasas, utilizamos en general carbón activo extruido o de grano grueso (carbón activo granular). Las aplicaciones típicas para gases y aire son:

Purificación del aire y protección medioambiental: extracción de solventes y de hidrocarburos, desaromatización, purificación de aire procedente de aparatos de aire acondicionado y de campanas extractoras, tratamiento de gases producidos por el humo. El carbón activo en polvo se utiliza para extraer dioxinas, mercurio y otros oligoelementos;

La purificación de gases de proceso:  extraer contaminaciones en gas hidrógeno, gas natural, dióxido de carbono, gas procedente de vertederos, etc.; recuperación de solventes, etc.;

Medios de protección de la respiración: máscaras antigás, extracción de sustancias nocivas y tóxicas;

La ventilación de tanques de almacenamiento; El tratamiento de agua subterránea (purificación de agua mediante

gases);

Extracción de componentes inorgánicos en gases; tamices moleculares.

Otros:

Respiradores de cartucho

Eliminación de olores en lugares cerrados: cocinas, bodegas, refrigeradores, etc.

Adsorbente de etileno para evitar la maduración prematura de frutas y verduras.

Decoloración de vinos, zumos y vinagres

Decoloración de azúcar y caramelo

Eliminación olores en plantillas de zapato

3.9 ADSORCION

La adsorción es el enriquecimiento del adsorbato (gas o líquido) en la superficie de un absorbente (región interfacial), como resultado de la transferencia del adsorbato a la superficie de un sólido adsorbente en la que queda retenido. Esa superficie involucra toda la topografía del sólido, tanto externa como interna, es decir, los intersticios.

La adsorción ocurre cuando el adsorbato y el adsorbente entran en contacto e interactúan las fuerzas superficiales de los campos, así se trata de compensar las fuerzas de atracción moleculares o falta de enlaces entre los átomos de los entes involucrados. La adsorción se ve favorecida por el incremento de la presión parcial del gas y de la superficie del adsorbente y se produce con desprendimiento de energía; el calor liberado por mol del gas adsorbido es el calor de adsorción.

Considerando las fuerzas responsables de la adhesión, la adsorción puede ser química o física. El fenómeno inverso a la adsorción se denomina desorción.

ADSORCION QUIMICA

Resulta de la interacción química entre una molécula de adsorbato y la superficie del adsorbente.

Esta unión es muy similar a la formación de enlace químico, aunque en ocasiones ocurre sólo una modificación o deformación parcial de los orbitales

moleculares. De ése modo, la estructura de los entes involucrados sufre cambios por lo que este tipo de adsorción se hace irreversible.

Frecuentemente se presenta en procesos catalíticos y en casos específicos está comprendido en procesos de separación.

El tiempo y el cambio en la entalpía (de 40 a 400 kJ mol-1) en una quimisorción son mayores que en una fisisorción. En la quimisorción se forma una monocapa por la especificidad del enlace entre el adsorbente y el adsorbato

ADSORCION FISICA

Es un interacción de naturaleza débil entre el adsorbato adsorbente como resultado de la acción de fuerzas de van der Waals, por lo cual el proceso es reversible, ya que dichas fuerzas pueden ser superadas por modificaciones en la temperatura, presión o conocen ración. Sobre la superficie del adsorbente se pueden depositar varias capas de adsorba formando multicapas.

El tamaño de la molécula del adsorbato, su solubilidad y su concentración determinan la vía por la que un adsorbente puede retenerlo. La entalpía de la adsorción física usualmente es del mismo orden que el calor de licuefacción y no excede los 10 a 20 kJ mol-1 y este tipo de adsorción tiene mayor importancia en el estudio de las áreas superficiales

ESTUDIO DE LA ADSORCION DE SOLUTOS ORGANICOS EN DISOOLUCIONES ACUOSAS LIQUIDAS

Los solutos orgánicos en el agua pueden ser de naturaleza polar o apolar, de tal forma que en el proceso de adsorción de estos compuestos intervienen tantas interacciones electrostáticas y fuerzas dispersivas. Los enlaces puentes de hidrogeno están implicados en el caso de ciertas moléculas orgánicas polares; además del tamaño de la molécula del adsorbato. Por otro lado, el tamaño de los poros del adsorbente juega un papel importante, ya que la existencia de mesoporos podría facilitar el acceso de ciertas moléculas al interior del adsorbente y los microporos podrían ser inaccesibles a su vez para moléculas relativamente grandes.

La adsorción en fase líquida, en general, es un fenómeno o más complejo que la adsorción en fase gas. Por ejemplo, aunque se pueda suponer que se establece la adsorción en monocapa, e fase líquida las moléculas adsorbidas no necesariamente estarán empaquetadas con una misma orientación y si se considera el efecto solvente, se c plica más; por ello las isotermas de adsorción que se determinan con diferentes concentraciones de adsorbato y diferentes

pesos de adsorbente, deben tomarse como expresiones empíricas que representan unos puntos experimentales en un rango de concentración definido. Los ensayos de adsorción con un adsorbato específico y el cálculo del porcentaje de adsorción indicará aproximadamente la capacidad de adsorción de determinado adsorbente hacia moléculas de tamaño del adsorbato.

3.10 AGUA RESIDUAL TEXTIL

La industria textil es una industria que consume grandes cantidades de agua, energía y productos químicos auxiliares, además genera una gran cantidad de agua residual; estos efluentes poseen elevadas concentraciones de colorantes, contaminantes orgánicos refractarios, compuestos tóxicos, componentes inhibidores, tensioactivos, componentes clorados. Por lo tanto, se constituyen en uno de los efluentes de más difícil tratamiento. Investigaciones realizadas por Ghoreischi presentan el efecto carcinogénico, mutagénico y el deterioro al medio ambiente que generan los colorantes al ser dispuestos en fuentes superficiales.

COMPOSICION DE AGUA RESIDUAL TEXTIL

En la tabla se muestra la calidad de efluentes textiles conteniendo diferentes tipos de colorantes, se observa que su calidad es muy variable y esta depende en gran medida del tipo de colorante utilizado:

3.11 METODOS DE ANALISIS PARA TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Mencionaremos algunos métodos:

TURBIDEZ Y PH

La turbidez de un líquido es importante debido a muchas razones, según sea su utilización. La turbidez está causada por sólidos suspendidos incluyendo limo, arcilla, algas y demás plánctones, microbios, materia orgánica y otras partículas delgadas insolubles en los medios de muestra. Las partículas hacen que la muestra tome un aspecto indefinido o turbio. En el agua potable, ciertos organismos perjudiciales o las partículas que los protegen de los procesos de desinfección afectan en forma adversa la calidad del agua. Para asegurar un suministro de agua potable seguro, se requieren por ley plantas de tratamiento del agua para mantener una turbidez baja y uniforme del producto terminado.

En otros líquidos, la turbidez puede ser causada por partículas perjudiciales para uso final o quizás por partículas que son el ingrediente vital de un producto. En ambos casos, la turbidez es una medición del control de calidad para monitorear la eficiencia del tratamiento o del proceso de fabricación.

En su aplicación al Tratamiento de las aguas residuales-La turbidez del efluente se monitorea de manera continua para asegurar que los niveles de sólidos suspendidos satisfagan las normas de regulación.

CLORO TOTAL

El rango de análisis que utiliza este método para cloro total se puede extender agregando más indicador en forma proporcional al volumen de la muestra. Se agrega una bolsa de polvo con mayor relleno de reactivo cloro total DPD a una porción de muestra de 10-ml. Luego del desarrollo de color, el volumen de la muestra se ajusta a 25 ml utilizando agua desionizada. La medición de color se realiza directamente en la celda de 25,4 mm (1 pulg.), eliminando la necesidad de transferir a una celda de menor longitud de trayectoria.

COLIFORMES TOTALES Y ESCHERICIA COLI

El caldo m-ColiBlue24 patentado por Hach es el único medio para filtrado de membrana que detecta simultáneamente los coliformes totales y el Escherichia coli (E. coli) dentro de las 24 horas. Las colonias rojas y azules representan los coliformes totales mientras que las colonias azules representan específicamente al E. coli. El indicador enzimático altamente selectivo para E. coli elimina la necesidad de los pasos de confirmación al utilizar los medios tradicionales. El medio nutritivo maximiza la tasa de crecimiento de la bacteria coliforme y sirve para la recuperación óptima de organismos sujetos a esfuerzos o dañados. Los inhibidores especiales que contiene el medio minimizan el crecimiento de bacterias no coliformes.

COLOR, VERDADERO, APARENTE

Se puede expresar el color como color “aparente” o “verdadero”. El color aparente incluye el color de materias disueltas más el color de las sustancias en suspensión. Se puede determinar el color verdadero filtrando o centrifugando las sustancias en suspensión. El procedimiento describe el análisis del color verdadero. Si se desea el color aparente, éste se determina midiendo una muestra de agua sin filtrar. El programa almacenado se utiliza para los dos tipos de color. Se recomienda utilizar la celda de flujo continuo para realizar mediciones de bajo nivel de color. El color del programa almacenado se calibra a 455 nm basándose en la norma recomendada por APHA de 1 unidad de color igual a 1 mg/l de platino como ion cloro-platinato.

NITRATO

El cadmio metálico reduce a nitritos los nitratos de la muestra. El ion de nitrito reacciona en un medio ácido con el ácido sulfanílico para formar una sal intermedia de diazonio. Esta sal se une al ácido gentísico para formar un producto de color ámbar.

NITRITO

El nitrito en la muestra reacciona el ácido sulfanílico para formar una sal de diazonio intermedia. Esta se acopla al ácido cromotrópico para producir un complejo de color rosa directamente proporcional a la cantidad de nitrito presente.

OXIGENO, DEMANDA BIOQUIMICA

La demanda bioquímica de oxígeno (DBO) es una medición empírica de los requerimientos de oxígeno para aguas cloacales y residuales municipales e industriales. Los resultados de la prueba se utilizan para calcular el efecto de los desechos residuales en los recursos de oxígeno de las aguas de recepción. La prueba de DBO tiene un valor limitado en la medición de la demanda actual de oxígeno ya que el cambio de la temperatura, la población biológica, el movimiento del agua, la luz solar, la concentración de oxígeno y otros factores ambientales no se pueden representar con exactitud en el laboratorio. La prueba DBO tiene un valor importante después de que los modelos de absorción de oxígeno para desechos específicos y el agua de recepción se hayan establecido. La DBO se realiza incubando una muestra sellada de aguas residuales (o una dilución pre dosificada) para el período estándar de cinco días y determinando luego el cambio en el contenido de oxígeno disuelto. El valor de la DBO se puede calcular entonces a partir de los resultados de las pruebas de oxígeno disuelto.

OXIGENO, DEMANDA QUIMICA

Los resultados de mg/l de DQO se definen como los mg de O2 consumido por litro de muestra bajo las condiciones de este procedimiento. En el mismo, la muestra se calienta dos horas con un agente oxidante potente, dicromato de potasio. Los compuestos orgánicos oxidables reaccionan, reduciendo el ion de dicromato (Cr2O7 2- ) a un ion crómico verde (Cr3+). Cuando se utiliza el método colorimétrico o titulométrico de 0-150 mg/l, se determina la cantidad de Cr6+ remanente. Cuando se utiliza el método colorimétrico de 0-1500 mg/l ó 0-

15000 mg/l, se determina la cantidad de Cr3+ producido. El reactivo DQO también contiene iones de plata y de mercurio. La plata es un catalizador y el mercurio se utiliza para formar complejos de las interferencias de cloruro.

TOXICIDAD

Este método se basa en la reducción de resazurina, un tinte activo redox (reducción/oxidación) por la respiración bacteriana. Cuando se reduce, la resazurina cambia de color azul a rosa. Las sustancias tóxicas pueden inhibir la tasa de reducción de resazurina. Se ha agregado un acelerador químico para reducir el tiempo de reacción.

3.12 EL CARBÓN ACTIVADO EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

La principal aplicación del carbón activado en aguas residuales:

En el tratamiento de aguas residuales, el carbón activado suele aplicarse en la última etapa, denominada “tratamiento terciario”. En esta etapa se busca “pulir” el agua. Es decir, se busca llevarla a mayores niveles de pureza de los que se pueden alcanzar con los métodos tradicionales fisicoquímicos y biológicos. Esto se requiere cuando: (a) Un contaminante específico, como un olor o un color, no está cumpliendo con lo que el usuario requiere; o (b) No sólo se requiere cumplir con la norma de agua residual sino que se busca reutilizar el agua o utilizarla para servicios o para riego u otros usos en los que es necesario un mayor nivel de pureza respecto al que se pudo obtener con los tratamientos primario y secundario.

El carbón activado es capaz de retener contaminantes poco polares, covalentes y no disociados que suelen ser los de origen orgánico en cualquier concentración, sin embargo, se aplica en el tratamiento terciario ya que, en términos técnico-económicos, es competitivo respecto a otros procesos, para llevar los niveles de contaminantes orgánicos de “relativamente bajos” a “muy bajos”.

Por ejemplo: si, después de los tratamientos primario y secundario, el agua aún contiene una DQO de entre 30 y 100 mg/l, con carbón activado se puede disminuir a valores de entre 2 y 10.

Otro ejemplo: si después de los tratamientos primario y secundario, el agua ya cumple con lo esperado en cuanto a la DQO, pero aún presenta un color o un olor de origen orgánico, el carbón activado puede eliminarlo.

Diferencia entre un carbón activado granular y uno en polvo

El carbón activado granular (CAG) y el carbón activado en polvo (CAP) son exactamente lo mismo. Se fabrican con el mismo proceso y, al final del mismo, el segundo se pulveriza y el primero no. Mucha gente cree que el CAP tiene más capacidad, basados en la creencia de que éste tiene una mayor área superficial que el CAG. Pero esto no es así, ya que la gran área de un carbón activado, está a nivel molecular y prácticamente no aumenta con la pulverización del mismo. Lo que sí aumenta en el CAP es la cinética con la que trabaja. Esto se debe a que disminuye la longitud de sus poros, mismos que se llenan por un fenómeno de capilaridad cuando el carbón se pone en operación.

Con base en lo anterior, el CAG y el CAP realizan la misma función fisicoquímica: adsorben compuestos poco polares, covalentes y no disociados es decir, principalmente orgánicos. La única diferencia entre ambos carbones es de carácter mecánico: radica en su tamaño y, por lo tanto, en la manera de aplicarlos.

Un CAP se agrega al agua y se mezcla con ella en un mezclador estático en línea (en la tubería) o en un tanque con agitación. Posteriormente se separa del agua por coagulación-floculación-sedimentación y/o por filtración (filtro prensa).

Un CAG se instala en una cama fija dentro de un tanque. A través de la cama de CAG se perclora el agua que se va a tratar.

La ventaja del CAP consiste en que se puede dosificar la cantidad necesaria de acuerdo con la calidad de cada lote a tratar (aunque también puede aplicarse en un proceso continuo). Su desventaja está en que hay que separarlo del agua (como se mencionó: por coagulación-floculación-sedimentación y/o por filtración).

Las ventajas del CAG son:

No se requiere un proceso de separación carbón-agua y la operación en un proceso continuo es muy sencilla.

Se puede reactivar y reutilizar (la reactivación se realiza en hornos a 700ºC)

En su operación, se promueve la formación de biomasa que degrada la materia orgánica adsorbida y libera los espacios de adsorción, aumentando así la vida útil del carbón activado.

De acuerdo con lo anterior, cuando se aplica carbón activado como tratamiento terciario, o se aplica en forma granular o en polvo, pero no ambos, pues ambos retienen lo mismo.

Aplicación de carbón activado en el pre tratamiento

En la figura del final de este documento se puede observar que existen casos de tratamiento de aguas residuales en los que se utiliza CAG en la etapa de pre tratamiento.

Esto se realiza cuando el agua contiene uno o más contaminantes que dificultarían o impedirían el tratamiento biológico también conocido como tratamiento secundario. Dichos contaminantes pueden ser moléculas tóxicas para las bacterias, tales como benceno, tolueno, fenol, compuestos clorados y nitrados, plaguicidas, taninos, lignina, entre otros. También pueden ser moléculas llamadas “refractarias” debido a que son difíciles de digerir o degradar por los microorganismos. Estas últimas suelen ser de alto peso molecular.

Para tener éxito en esta aplicación, hay que seleccionar el carbón activado cuyo diámetro de poros predominantes sea ligeramente mayor que el diámetro de la molécula que se desea retener. Y es necesario, también, que no existan muchas otras moléculas del mismo tamaño y de similar adsorbabilidad (de similar polaridad, carácter covalente y no ionicidad), para que no exista mucha competencia por los sitios activos del carbón. De lo contrario, el carbón se saturaría de todo tipo de compuestos orgánicos que, en esta etapa de tratamiento, se encuentran en una alta concentración.

La aplicación del carbón activado en la etapa de pre tratamiento suele hacerse en lechos fijos, como CAG. Sin embargo, puede hacerse, si así resulta conveniente, como CAP.

Aplicación del carbón activado en el tratamiento secundario

Existen casos en los que, en lugar de aplicar el carbón activado en el pre tratamiento, se agrega como CAP en el tanque de tratamiento biológico aeróbico, con los mismos fines: retener moléculas refractarias o moléculas tóxicas para las bacterias.

De esta manera, se mejoran mucho los resultados del tratamiento biológico.

Como se mencionó en el inciso anterior, debe elegirse un CAP cuyos poros predominantes le lleven a retener la molécula que se desea. A este proceso se le llama “proceso CAPT”. El carbón se separa del agua junto con los lodos activados, por sedimentación y filtración.

4. PARTE EXPERIMENTAL

A continuación detallamos los pasos que se siguió para la elaboración del carbón activado a partir de la cascara de coco, tomando como base un paper publicado en la Universidad Autónoma de México en mayo del 2010 “PROPIEDADES ADSORTIVAS DE UN CARBON ACTIVADO Y DETERMINACION DE LA ECUACION DE LANGMUIR EMPLEANDO MATERIALES DE BAJO COSTO”, y un segundo paper publicado en D.F México en diciembre del 2006 “OBTENCION DE CARBON ACTIVADO A PARTIR DE LA CASCARA DE COCO”:

1. Se compró el coco en su forma natural.

2. Limpiamos completamente el fruto sacando los pelos.

3. Extraemos la cascara de la pulpa, previamente retirando el agua de coco que hay en el interior del fruto.

4. Procedemos a secar toda la cascara a temperatura ambiente por 2 semanas para homogenizar el desprendimiento de la humedad.

5. Dividimos la cascara de coco en pequeños pedazos chancando con ayuda de un martillo.

6. Pesamos en una copela la cascara de coco y la quemamos en la mufla a 600°C por aproximadamente 3 horas.

7. Sacamos la copela con la cascara de coco de la mufla y dejamos enfriar.

8. La cascara de coco una vez fría, la chancamos en un mortero de forma manual

9.Realizamos el tamizado con la ayuda del rotap para luego calcular el

rendimiento en el tamiz.

10.

Pesamos el producto del tamizado.

ACTIVACION CON ACIDO NITRICO

11. Preparamos acido nítrico 3.5M

12. Echamos el carbón en un vaso de precipitado.

13.

Agregamos el HNO3 preparado.14.Realizamos la agitación de forma manual del carbón con el acido nítrico

por 3 horas.

15.Procedemos a filtrar.

16.El carbón obtenido fue lavado con agua destilada y luego puesto a secar en una estufa a 50ºC por 8 horas, luego un segundo secado a 160ºC por 3 horas. Luego de estos procesos finalmente obtenemos el producto final carbón activado a partir de la cascara de coco.

PRUEBA DE FILTRACION DE AGUA RESIDUAL USANDO EL CARBON ACTIVADO

1. Se Consiguió agua residual de una empresa textil, ésta empresa es ALGOLIMSA Fabrica de Tejidos Algodonera Limeña S.A es una empresa textil dedicada a la fabricación de teñidos y acabados de telas para la confección de prendas de vestir.

Actualmente ALGOLIMSA cuenta con un local en la Av. Separadora Industrial Nª585 en el Distrito de Ate.

FALTA

5. RESULTADOS

Rendimiento del Tamiz

Masa de la muestra en la alimentación: 50gMasa del rechazo: 32.6 gMasa del tamizado: 17.4g

Análisis granulométrico del Rechazo

Después 10 minutos de agitación en el rotap, se hace la medición de la cantidad de mineral que obtuvimos por malla y lo acumulado en el ciego, formando la siguiente tabla:

Malla y peso del mineral retenido en cada una de ellas

MallaMasa de Mineral

+400 12.5-400 +250 5.8-250 +160 9.1-160+100 1.5

-100 2.7

Fuente: Datos experimentales tomados en el LOPU- UNAC

Análisis granulométrico del tamizado

Ahora para la segunda parte de la práctica se repite el procedimiento anterior pero con diferentes tamices. Después 10 minutos de agitación manual en forma circular, se hace la medición de la cantidad de mineral que obtuvimos por malla y lo acumulado en el ciego, formando la siguiente tabla tomando:

Malla y el peso del mineral retenido en cada una de ellas

MallaMasa de Mineral

+500 0-500 +315 0

-315 +250 0

-250 +100 0

-100 +80 0

-80+63 10.3

-63+56 3.1

-56 4

Fuente: Datos experimentales tomados en el LOPU- UNAC

Rendimiento de un Tamiz

Los resultados obtenidos de la experiencia ,arrojaron los siguientes datos :

MALLAS ALIMENTACION400 12.5 g

-400 +250 5.8 g-250 +160 9.1 g-160 +100 4.5 g

-100 18.2 gFuente: Elaboración propia (cálculos)

MALLAS ΔØ (ALIMENTACION)400 0.250

-400 +250 0.116-250 +160 0.182-160 +100 0.09

-100 0.364Fuente: Elaboración propia (cálculos)

MALLAS ΔØ (RECHAZO) +400 0.3834

-400 +250 0.1779-250 +160 0.2791-160+100 0.0460

-100 0.0828Fuente: Elaboración propia (cálculos)

MALLAS CERNIDO500 0

-315 +250 0-250 +100 0

-100 1Fuente: Elaboración propia (cálculos)

Hallamos el rendimiento para una malla de 100

A partir de las tablas hallamos:

X F=0.364

X R=0.0828

XT=1

Con estos valores procedemos a calcular el NT y N R :

NT=T × XTF ×X F

NT=17.4×150×0.364

NT=0.956

N R=R×(1−X R)

F×(1−X ¿¿F )¿

N R=32.6×(1−0.0828)50×(1−0.364)

N R=0.94

Finalmente procedemos a calcular el rendimiento del tamiz, según:

N t=NT×N R

N t=0.956×0.94

N t=0.9

GASTOS DE LA CONSTRUCCIÓN DE LA PLANTA PILOTO

US-$

Construcción civil

(Materiales, mano de obra) 2.600

Briquetadora 5.86

Horno de carbonización

(Materiales) 1.820

Molino

(Materiales, motor) 930

Hornos de activación

(Materiales, regulador de temperatura) 410

Control de calidad

(Materiales de vidrio, espectrofotómetro) 2.805

Medidas de seguridad

(Extractor, gafas, etc.) 380

Mano de obra

(Diseño y construcción de los equipos) 5.550

Total US-$ 20 835

COSTOS DE PRODUCCIÓN

El consumo aproximado de energía en la producción utilizando la cascara de coco como materia prima es el siguiente:

Briquetacion (troceado del coco) 0.50kwh/kg carbón

Carbonización: 1.22kwh/kg carbón

Trituración: 0.03kwh/kg carbón

Clasificación (tamizado) 0.02kwh/kg carbón

Activación 0.86kwh/kg carbón

Consumo de energía 2.63kwh/kg carbón

De esta energía se consume aproximadamente un 55% como energía eléctrica. Si calculamos con el precio nacional de 1kwh = 0.043 US-$ el costo de energía es de 0.113US-$ para producir 1Kg de carbón activado.

El sueldo promedio para los trabajadores es de 0.323US-$ por kilogramo

La materia prima no cuesta nada, solamente hay gastos para su transporte. Este es aproximadamente 0.032US-$ por Kg de carbón.

Costo de producción de 1Kg de carbón activado:

Energía 0.113 US-$

Mano de obra 0.323 US-$

Agua 0.010 US-$

Transporte 0.032 US-$

Total 0.478 US-$

6. CONCLUSIONES

Se logro producir Carbón activado a partir de la cascara de coco. La activación se dio en un medio acido continuado de un enjuague con

agua desionizada. El agua residual textil era coloreada por lo que se pudo apreciar en la

filtración el cambio en la coloración a un color transparente o incoloro. El carbón activado no solo removió el color, sino también el olor del

agua, antes del filtrado tenía un olor desagradable, luego del filtrado no se sentía olor alguno.

Se consiguió métodos normalizados para el análisis de agua de las normas AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS y STANDARD METHODS

En sistemas de aguas residuales, el carbón activado usualmente es parte del proceso de tratamiento que reduce los niveles de compuestos orgánicos, como herbicidas, insecticidas etc.

El carbón activado puede ser reciclado algunas veces para uso futuro en sistemas correctivos o puede ser reactivado en el sitio según se requiera para rehúso.

La actividad del carbón activado en los procesos de adsorción viene dada fundamentalmente, por la naturaleza de la materia prima y el proceso de activación utilizado en la producción del mismo.

7. RECOMENADCIONES

Es recomendable realizar análisis de DBO, nitratos, nitritos, turbiez, etc. a la muestra residual antes y después del filtrado con el carbón activado, para verificar la eficiencia del carbón en estos parámetros.

Es recomendable usar una mufla de mayor capacidad para economizar combustible, la mufla que empleamos solo tenía capacidad de una copela, la misma que solo tenía una capacidad de 80 gramos de cascara de coco, por lo que tuvimos que realizar la practica en reiteradas oportunidades.

8. BIBLIOGRAFIA

http://es.wikipedia.org/wiki/Carb%C3%B3n_activado http://www.lenntech.com/espanol/adsorcion-carbon-activado.htm http://www.oviedo.es/personales/carbon/cactivo/impqcatex.htm http://www.todoagua.com/pret/ac.html http://www.desotec.com/ES/carbon_activo/

el_carbon_activo_para_los_liquidos_y_el_agua http://www.carbotecnia.info/Productos.htm http://64.233.169.104/search?q=cache:TaOS3oMi76QJ:www.clu-in.org/

download/citizens/es_activ_carbon.pdf+carbon+activado&hl=es&ct=clnk&cd=19&gl=pe

ANEXOS

DIAGRAMA DE BLOQUES DE LA OBTENCION DE CARBON ACTIVADO A PARTIR DE LA CÁSCARA DE COCO

ALMACENADO

ENVASADO

SECADO

ACTIVACION QUIMICA

Impregnacion HNO3 3.5N

TAMIZADO

MOLIENDA

CARBONIZADO

BRIQUETADO

SECADO

LIMPIADO

CÁSCARA DE COCO

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS

STANDARD METHODS