EL CARBÓN ACTIVO

Los filtros de carbón activo,  llamados también de carbón activado, se basan en el llamado proceso de ADSORCIÓN (no confundirse con ABSORCIÓN).

¿Qué es la adsorción? : Este proceso tiene lugar por la acción de fuerzas físico-químicas y se basa en la retención en la superficie de un sólido (carbón activo) de las moléculas que hay en disolución en un líquido.

Las moléculas aDsorbidas son el aDsorbato y el material retenedor es el aDsorbente.

Cuando la unión del adsorbente con el adsorbato se realiza químicamente, el proceso es irreversible, siendo prácticamente imposible la regeneración o recuperación del adsorbente.

Pero en el caso en que en la adsorción se realiza por fuerzas físicas, el proceso es reversible y puede recuperarse el adsorbente y se puede volver a emplear otras veces en el proceso.

La adsorción se caracteriza por dos factores:

A) INTENSIDAD DE ADSORCIÓN: que es la fuerza con la cual el absorbido es retenido por el adsorbente.

B) CAPACIDAD DE ADSORCIÓN: que viene expresada en gramos de sustancia adsorbida por cada 100 gramos de adsorbente y es la cantidad que puede captarse en determinadas condiciones de temperatura, concentraciones, humedad del aire y velocidad de paso.

1 - Temperatura: cuanto menor es la temperatura, mayor es la tasa de adsorción.
2 - Concentración: influye directamente sobre la tasa de retención, en cuanto mayor sea la cantidad de sustancia a adsorber, mayor será la cantidad de adsorbente necesario para el tratamiento.
3 - Humedad: en general la humedad relativa H.R. aconsejable es de 70-75%
4 - Velocidad de paso: es la velocidad con la cual se hace pasar el aire a depurar a través del adsorbente, cuanto menor es la velocidad de paso, la retención es mayor.

Los adsorbentes pueden ser productos naturales como la bentonita ó artificiales como el carbón activo, geles inorgánicos ó adsorbentes sintéticos.

Los estudios de los fenómenos de adsorción a temperatura constante fueron desarrollados por Freundlich y Langmuir.

A partir de consideraciones empíricas Freundlich llegó a la ecuación;

                                                          X             a . b . C
                                                         -----   =     -------------
                                                          M            1 + b . C

En los que:

                X/M = cantidad adsorbida por peso unitario de adsorbente.

               a , b , k = Constantes empíricas

                C = Concentración de equilibrio del absorbato en solución después de la absorción

La forma de determinar las constantes empíricas, es mediante experimentación de laboratorio en cada caso concreto.

Dentro de los factores que favorecen la adsorción, el más importante es la concentración y el más desfavorable la temperatura, siendo muy importante la estructura de la molécula a adsorber. Por otra parte cabe señalar la selectividad de cada absorbente hacia ciertos absorbatos, habiendo dado lugar este hecho a la aparición en el mercado de adsorbentes específicos para determinados compuestos.

De entre todos los adsorbentes posibles, el CARBÓN ACTIVO es con mucho el más empleado .

CARBONES ACTIVOS

Con el término de carbón activo se entiende un tipo de carbón que, con técnicas particulares, es activado. Hay un amplio espectro de carbones activos, que se diferencian fundamentalmente en su estructura interna, (poros y superficie de los mismos) y granulometría.
Con la activación se confiere al carbón una elevada porosidad que permite elevar la superficie interna (hasta 1300 m²/gramo de carbón activo) y como consecuencia su poder de retención.
Los carbones activos se comportan de manera selectiva en relación con algunas sustancias adsorbidas; es decir, las sustancias que entran en el carbón pueden mover o desplazar a las sustancias que habían sido retenidas precedentemente.
No hay reglas precisas sobre el comportamiento y la intensidad de retención del carbón activo, pero en líneas generales se puede afirmar que:
1) Cuanto mayor es el peso y las dimensiones moleculares de una misma serie homogénea, mayor es el poder de retención.
2) La intensidad de retención aumenta con el número de sustituciones  de una sustancia (CHCL 3<CCL 4).
3) La adsorción aumenta con la introducción de oxígeno, nitrógeno o nitrato unido a un segundo grupo.
4) Los gases o vapores que tienen un peso molecular y un punto de ebullición elevados son generalmente bien adsorbidos .

EFICIENCIA DE LOS CARBONES
La eficiencia de los carbones activos se valora con dos sistemas:
1) ÍNDICE DE YODO : que mide la adsorción por parte de los poros contenidos en un diámetro superior a 5 Angstrom y es proporcional a la superficie específica.
2) ÍNDICE DE BENCENO : mide la adsorción del vapor de benceno a una determinada concentración de carbón activo granular. Los carbones activos que utilizamos generalmente son del tipo 35G y 40G. Para permitir una buena retención, es necesario que el aire a purificar, pase a través de una gran placa de carbón a una velocidad de paso de 0,5 m/s aproximadamente.

El carbón activo se presenta en forma granular y en polvo.

El carbón activo granular, de tamaño de partícula superior a 1 mm se utiliza en pequeñas instalaciones de lecho fijo (en contenedores en forma de columna, a través de las cuales se hace circular el agua que vamos a tratar), siendo relativamente fácil su regeneración, sobre todo térmicamente, siendo en estos casos necesario disponer de dos columnas (una en servicio y otra en reserva para su regeneración).

El carbón activo en polvo, con tamaño inferior a 200 mallas, se emplea en grandes instalaciones y trabaja mezclándose íntimamente en un reactor agitado y es separado posteriormente por floculación o filtración, siendo en este caso mucho más difícil su manipulación y manejo.

La economía del proceso, depende fundamentalmente en la mayor parte de los casos, de la capacidad de regeneración, debiendo tener en cuenta que en cada regeneración hay una pérdida entre el 5 y el 10% del carbón activo, así como de su capacidad de adsorción.

Las principales aplicaciones del carbón activo son la eliminación de color de las aguas residuales, así como de ciertos compuestos como fenoles, en plantas petroquímicas y refinerías.

En cuando a las aguas potables y otras industriales su principal función es la eliminación total de los compuestos de cloro empleados en el tratamiento de aquellas, eliminando a la vez sabor y olor.

En este último caso el carbón activo se presenta en forma granular e introducido en columnas, a través de las cuales se hace circular el agua.

En aguas potables cloradas en una proporción de 0,3 mg/litro, un cartucho de tipo doméstico de 3/4 de litro nos puede declorar 500 litros/día durante un año. Esta aplicación es más importante de lo que podemos suponer, ya que hay estudios realizados y comprobados estadísticamente de los efectos cancerígenos del cloro sobre el cuerpo humano (cáncer de cólon y cáncer de vejiga).

A nivel industrial y con cloraciones similares a las anteriormente indicadas (industrias de tipo alimentario y otras) la decloración de las aguas de proceso tiene gran importancia. Con caudales de 1m³/hora podemos emplear columnas de 45 litros, que deberemos recambiar al cabo de un año

La densidad aparente de un carbón activo del tipo anterior es de 450 g/litro.

Lo más novedoso en adsorción aparecido después del carbón activo son las arcillas modificadas orgánicamente, que están preparadas para atrapar hidrocarburos, eliminando así uno de los grandes problemas relativos a la separación total de dichos elementos de las aguas.

En cuanto al tratamiento del aire con carbón activo, la importancia de la desodorización no se debe sólo a las molestias causadas por el mal olor sino también al hecho de que muchas de las sustancias mal olientes son irritantes o incluso tóxicas. Además las técnicas que se emplean para la desodorización pueden ser utilizadas en general para la descontaminación de corrientes gaseosas. Para eliminar las diferentes sustancias que son liberadas en cada etapa se están desarrollando diferentes procesos adaptables a los distintos tipos de problemas.

El filtro de carbón activo para aire y gases:

El filtro de carbón activo es el sistema más clásico de todos los equipos de desodorización. Su funcionamiento se basa en la adsorción física de las sustancias por la superficie del carbón activo siendo de esta manera eliminadas de la fase gaseosa. Para la adsorción se necesita una interacción entre la molécula a descontaminar y la superficie. Tratando el carbón activo previamente para algunas sustancias como el sulfhídrico se pueden mejorar las características de retención. Para el sulfhídrico por ejemplo se puede aplicar sosa (NaOH) y yodo.

El filtro no puede retener algunas sustancias con moléculas pequeñas y poco polares como el cianhídrico. Tampoco se puede tratar aire con una humedad relativa muy elevada ya que existe el peligro de condensación de agua en el lecho de carbón activo, que puede tapar los poros e inutilizar el filtro. Una vez cargada toda la superficie el carbón activo tiene que ser cambiado o regenerado.

Las ventajas del filtro de carbón activo son su buena escalabilidad y la baja demanda de espacio, por eso es empleado en los laboratorios, en vitrinas, campanas, armarios de seguridad para productos químicos, construidos en aglomerado hidrófugo y revestidos de laminado plástico ignífugo, en máscaras antigases y en innumerables tratamientos del aire y del agua.

HISTORIA

El carbón activo es conocido desde antiguo y fué empleado en medicina, aunque ha sido en épocas modernas cuando ha empezado a dársele otras aplicaciones más amplias.

REGENERACIÓN

Cuando el volumen de carbón activo empleado es grande, puede ser rentable regenerarlo después de agotadas sus propiedades, aunque el volumen recuperado será inferior al inicial y las características del carbón regenerado pueden ser también inferiores.