OPERACIONES UNITARIAS 2 PREPARACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE CARBÓN ACTIVADO

CON LA CORTEZA DE MADERA DE CAJEPUT (GELAM).

MIGUEL ENRIQUE CASTRO ACOSTA

09/03/2016

Preparación y Caracterización de carbón activado con la corteza de madera de gelam.

• Revista de ciencias analitícas de Malaysia.

• Volumen 7

• Autor: Abdul halim Abdullah

• Publicada el 06 de septiembre del 2000.

ÍNDICE

• INTRODUCCIÓN• OBEJTIVO• PROCESO• CARACTERIZACIÓN DEL CARBON ACTIVADO• EXPERIMENTACIÓN• RESULTADOS Y DISCUSIÓN• CONCLUSIÓN

INTRODUCCIÓN

• El carbón activado es un sólido negro que puede presentarse en forma granular o en polvo.

• Es un material carbónico con una estructura porosa altamente desarrollada y un área específica grande.

• La preparación de carbón activado con diferentes tamaños de poro se consigue usando procesos de activación químicos o físicos.

• En activación física, la generación de porosidad es por la eliminación selectiva del carbono más reactivo en la estructura para su posterior gasificación.

• En activación química la materia prima es mezclada con un químico como puede ser el ZnCl2 o el H3PO4, se carboniza y se lava.

INTRODUCCIÓN

• Tras la descomposición térmica, el producto reacciona con el compuesto causando reducción de la materia volátil.

• Después del lavado, se obtiene un material con una gran porosidad.

• Materia prima utilizada: corteza de árbol cajeput (Gelam).

• Este árbol se encuentra en Malaysia• Es un árbol de tamaño mediano.• Se le conoce como árbol de corteza

de papel.• Su corteza es blancuzca o gris claro.• Es una Fuente de combustible

OBJETIVO

• Obtención de carbón activado a partir de la corteza de madera cajeput mediante el siguiente proceso.

PROCESO• Se cortó la corteza de cajeput en piezas pequeñas (0.5 – 1.0 cm

de longitud)• Se lavó con agua destilada.• Se secaron en un horno a 120 °C en una noche. • Se tomó una muestra de 10 gramos de la muestra y se mezcló

con 100 ml de solución de ZnCl2 en varias concentraciones (5 - 40 % w/w).

• Se impregó la corteza a 70 oC en un baño de aceite hasta que se evaporó el exceso de agua.

• La muestra impregnada fue secada a 120 °C

• Se colocó la muestra en un tubo de cuarzo y se insertó en un horno eléctrico tubular.

• La carbonización se realizó a 500 °C bajo un flujo de N2 gaseoso por 3 horas

seguido por un flujo de CO2 gaseoso por 1hora.

• El carbón activado resultante fue lavado con una solución de HCl 0.05 M y después con agua destilada hasta que no se detectaron trazas de iones cloruro.

CARACTERIZACIÓN DEL CARBÓN• El carbón activado se caracteriza por:

• Área superficial• Porosidad• Adsorción de yodo• Adsorción de azul de metileno• pH• Contenido de cenizas

CARACTERIZACIÓN DEL CARBÓN• Determinación de la adsorción de yodo:

• 10 mililitros de HCl al 5% en peso agregados a 1 g de carbon activado se llevan a ebullición.

• Enfriar a temperature ambiente

• Añadir 100 ml de solución de yodo 0.1N. Se mezcla y se filtra.

• Se titulan 25 ml del filtrado con tiosulfato de sodio 0.1 N con almidón como indicador.

• Para determinar el poder del carbon activado:

• Se usan 50 ml de azul de metileno a concentración 200 ppm.

• Se agita por 30 minutos en un matraz Erlenmeyer que contiene 0.1 g de carbon activado y se filtra con una membrana.

• El color de la solución fue comparado con el espectrofotómetro Shimadzu UV–160A.

Azul de metileno

Prueba de adsorción a escala de laboratorio. Muestras de azul de metileno en diferentes concentraciones

CARACTERIZACIÓN DEL CARBÓN• Determinación del pH:

• Hervir 100 ml de agua destilada en un matraz Erlenmeyer con 0.1 g de carbon activado por 5 minutos.

• Diluir a 200 ml la solución y enfriar a temperatura ambiente.

• Determinación de contenido de cenizas:

• Calentar 0.1 g de carbón activado a 500 °C por 4 horas.

• Enfriar en un disecador

• Pesar muestra.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

1. Impregnación

Gráfica de rendimiento de carbón activado contra porcentaje en peso de ZnCl2.

Punto óptimo: 15 % de ZnCl2.Rendimiento de 64%.

% d

e re

ndim

ient

o% en peso de ZnCl2

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

• Se impregnaron varis muestras de corteza a diferentes concentraciones de ZnCl2

• BET: 1200 g/m2 a 25 % w/w ZnCl2.

• Langmuir: 1329 g/m2 a 15 % w/w ZnCl2

Área

supe

rficia

l (m

2 /g)

% en peso de ZnCl2

Diám

etro

(Å

)

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

• Se reporta la temperatura pues juega un papel importante en la activación del carbono.

• Las pruebas preliminares indican que a temperaturas de 500 – 600 °C por 3 horas se obtiene un carbón con un área superficial grande.

• La cantidad de microporos y el área superficial varían por los siguientes parámetros:

• Cantidad de agentes activadores• Temperatura de activación• Tiempo de reacción

ADSORCIÓN DE YODO Y DECOLORIZACIÓN DE AZUL DE METILO• La cantidad de yodo adsorbida aumentó con la impregnación de

cloruro de zinc hasta alcanzar un máximo en 15% en peso.

• La adsorción de yodo es también un indicador del área superficial.

• El valor del azul de metileno es un indicador de adsorción para poros mayores a 1.5 nm de diámetro.

• La adsorción del azul de metileno aumenta con la concentración de ZnCl2 hasta un máximo de 51 mg/g en 30 % en peso de ZnCl2.

PH Y CONTENIDO DE CENIZAS• Se midió el pH de la suspensión del carbono y el agua destilada.

• El carácter ácido del carbón puede ser debido a la presencia de un grupo funcional ácido, como el carboxilo.

• La activación aumenta el área superficial y la basicidad de la superficie.

• La presencia de cenizas es indeseable pues afecta las propiedades mecánicas del carbón.

CONCLUSIÓN

• La corteza de cajéput puede emplearse como materia prima en la preparación de carbon activado con alta área superficial.

• El activador químico ZnCl2 ha desarrollado y creado la

porosidad del carbon activado de manera efectiva.

• GRACIAS POR SU ATENCIÓN