Determinación de las propiedades texturales de carbón activado y su posible aplicación para la adsorción de azul de metileno

Determinación de las propiedades texturales de carbón activado y su posible aplicación para la adsorción de azul de metileno[pic 1][pic 2]

Dozal Cardona, Esmeralda.

Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Chihuahua

Circuito Universitario 8, Campus UACH II, 31125, Chihuahua, México

2017

esmedozal.1996@gmail.com

Resumen

Se hizo la determinación de las propiedades texturales de una muestra comercial de carbón activado por medio del método de azul de metileno y la adsorción de yodo, evaluados en modelos de isotermas para determinar su porosidad y área superficial específica. El carbón activado puede aplicarse en el tratamiento de aguas industriales contaminadas con colorantes utilizados en la industria textil tales como el azul de metileno.

Palabras claves: Carbón activado, isotermas de adsorción, azul de metileno.

Abstract

The determination of the textural properties of a commercial sample of activated carbon by the methylene blue method and the iodine adsorption evaluated in isothermal models, to determine its porosity and specific surface area. Activated carbon can be applied in the treatment of industrial waters contaminated with dyes used in the textile industry such as methylene blue.

Keywords: Activated charcoal, adsorption isotherms, methylene blue.

Introducción

Los colorantes son altamente usados por la industria textil para teñir sus productos. Uno de los mayores problemas concernientes a las aguas residuales textiles es el efluente coloreado. Estas aguas residuales contienen una variedad de compuestos orgánicos y sustancias tóxicas, que son dañinas para los peces y otros organismos acuáticos13. La disposición de estos colorantes a los recursos de agua se debe evitar; para tal efecto, se utilizan varias técnicas de tratamiento.

El colorante azul de metileno puede causar quemaduras graves, que pueden ser responsables de lesiones permanentes en los ojos de humanos y animales. En la inhalación, puede dar lugar a cortos períodos de respiración rápida o difícil, mientras que la ingestión a través de la boca produce una sensación de ardor y puede cause nausea, vómitos, sudoración profusa, confusión mental, dolor y la metemoglobinemia14, 15.

Las técnicas de remoción de colorantes en aguas residuales se dividen en 3 categorías importantes: métodos químicos, biológicos y físicos. El tratamiento químico utiliza agentes coagulantes o floculantes para eliminar el color, pero no es bueno para colorantes que son muy solubles20. El tratamiento biológico tiene dificultades para eliminar colorantes de efluentes de manera continua; además, se requiere de tiempos más prolongados en los procesos de decoloración-fermentación21 y los tratamientos físicos, como la filtración por membrana, la destrucción electroquímica, la irradiación, la ozonización y la adsorción, entre otros, se usan ampliamente para el tratamiento de colorantes en aguas residuales. La mayoría de estos procesos son costosos y conducen a la generación de lodos o la formación de subproductos22; se conoce que la adsorción es el método más eficaz, sobre todo si el adsorbente es barato y muestra una alta capacidad de adsorción para la eliminación de colorantes de las aguas residuales23. Los procesos de adsorción utilizando carbones activados se utilizan ampliamente para este fin.

El término de carbón activado se utiliza ampliamente para describir distintos tipos de materiales carbonáceos que poseen una gran área superficial y porosidad, así como grupos funcionales específicos.1 

Los carbones activados son materiales de gran importancia para varios procesos. Entre las principales aplicaciones de los carbones activados está su uso en la adsorción de contaminantes en fase gaseosa2 o en fase líquida, almacenamiento de3 gases4 y como soporte de catalizadores5.

La activación del carbón crea o incrementa la porosidad de la superficie del carbón (Fig. 1). El objetivo de este proceso es transformar el material carbonáceo en un material altamente adsorbente como resultado del incremento de la porosidad interna y del desarrollo de grupos funcionales específicos7

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Figura 1. Representación bidimensional de la activación del carbón11.

Esta activación ocurre removiendo selectivamente grupos de la superficie de los carbones, creando huecos entre los átomos de carbono, donde las moléculas pueden ser adsorbidas o crear enlaces entre los grupos funcionales y la superficie.

El carbón se activa mediante dos métodos: la física y la química. Un agente activante ataca químicamente al carbón generando reacciones de gasificación. Estas reacciones se llevan a cabo a temperaturas que van de los 700 a los 1.000 °C dependiendo de si se trata de una activación química o física7, 8. En la activación física el agente activante más común es el vapor de agua, mientras que en la activación química se utilizan distintos agentes oxidantes y deshidratantes tales como el ácido sulfúrico, el ácido fosfórico y el hidróxido de potasio, entre otros.

La manera en la que el carbón activado está estructurado ha llevado a la aplicación de muchas técnicas experimentales para su caracterización. Existen métodos que permiten comparar sus características más importantes, como: área de superficie, tamaño de poro, número de yodo, índices de adsorción de fenol, índices de adsorción de azul de metileno, densidad, tamaño, humedad, cenizas, resistencia a la abrasión y otros parámetros aplicables a las especificaciones del carbón6.

En este trabajo se evaluó la capacidad de adsorción de un carbón activado comercial, analizando su capacidad para la remoción del colorante ácido azul de metileno.

Metodología

Se caracterizó el carbón activado por medio del método del índice de yodo y el número de azul de metileno.

Índice de yodo

En la determinación del índice de yodo de acuerdo a la ASTM D4607-94 para la isoterma de adsorción (capacidad microporosa), se obtuvieron muestras de carbón activado a diversos pesos: 0.506, 0.104 y 0.308 gramos. Previo a la realización del método, se llevó a cabo un tratamiento térmico para la eliminación de materiales volátiles y secado. A cada muestra se le adicionaron 10 ml de HCl al 5%. Se calentó por 30 segundos y se le adicionaron 50 ml de solución de yodo 0.1 N; se filtró y los primeros 10 ml fueron desechados. 25 ml del filtrado fueron titulados con tiosulfato de sodio 0.1 N utilizando 2 ml de almidón como indicador.