Carbones Activados

A primera vista todos los carbones activados parecen iguales. Todos derivan del mismo elemento, el carbono y todos se utilizan gracias a sus capacidades de absorción, para la remoción de sustancias indeseadas de gases y de líquidos. A la verdad por todas aplicaciones hay carbones activados que ejecutan una mejor acción que otros. La razón de todo esto puede ser atribuida a innumerables factores, pero indudablemente, la competencia técnica de las personas en la optimización de un procedimiento juega un papel determinante.

Desde hace tiempo nuestra principal finalidad es la de individuar, entre las diferentes categorías de carbones, la calidad más idónea por toda específica aplicación, experimentando los productos en polvo o granulares activados física o químicamente, verificando un gran efecto sobre el cumplimiento final. También la experiencia que hemos acumulado, ayudando a personas en la individuación de las mejores soluciones, ha sido determinante. Podemos afirmar de tener las calidades indiscutables para resolver cualquier problema de absorción.

Mayor capacidad absorbente, mejor calidad del producto

Los carbones activados son productos industriales, químicamente inertes esencialmente compuestos de carbono, con una estructura porosa muy desarrollada. Ellos presentan una superficie interna que confiere al producto un poder absorbente muy elevado con respeto de numerosas variedades de sustancias. En general el volumen de los poros es mayor de 0,8 ml/g y la superficie interna es superior a 1000 m²/g. Los poros tienen dimensiones variables y se distinguen en tres grandes clases:

  • Macroporos: de diámetro mayor de 500 Angstrom. Representan la superficie inútil y intervienen poco sobre los fenómenos de absorción.
  • Mesoporos: dichos también poros de transición, de diámetro comprendido entre 30 y 500 Angstrom. Constituyen las vías de acceso principales y tienen un papel determinante en la cinética de absorción.
  • Microporos: de diámetro comprendido entre 5 y 30 Angstrom. Constituyen la parte activa, o sea decir, el esencial de la superficie específica.

La absorción, fenómeno por el cual las moléculas de una fase fluida (líquida o gaseosa) son fixadas a la superficie específica de un sólido, es la consecuencia de un campo de fuerzas atractrices. Las fuerzas que provocan la fijación de moléculas sobre la superficie del carbón son relativamente débiles. Ellos pertenecen al tipo "Enlance de Van Der Waals" y crean, después de un tiempo determinado, un estado de equilibrio que depende de la temperatura y de la composición de las moléculas en la fase fluida. Por eso se puede definir una "isótema de absorción" la curva que representa, a temperatura constante, la cantidad de sustancias absorbidas por el carbón en función de la concentración de las moléculas libres en el flúido a contacto con el material absorbente.

Carbones activados físicamente

La activación física viene generalmente utilizada por la activación del carbón mineral, del cascarón de nuez de coco y de la madera que antes vienen carbonizados. La activación se hace aproximadamente a 800°C-1000°C en atmosfera controlada y en presencia de vapor. De esta manera se consigue quemar el gas que se libera sin quemar el carbón.

Se obtienen carbones activados que presentan predominantemente meso y micro poros ideáles para la remoción de sustancias contaminantes así en la fase líquida como en la fase gaseosa.

Carbones activados químicamente

La activación química es un proceso monoestadio que produce una descomposición térmica de la materia prima sin pre-carbonización. Ella se obtiene a temperaturas de 500-600°C en presencia de un agente deshidratante y oxidante como el ácido fosfórico o el cloruro de cinc.

El diámetro medio de los poros de los carbones activados químicamente es superior con respeto de lo de los carbones activados físicamente, característica fundamental en los procesos de decoloración donde las moléculas de absorber son de talla grande.

Control de la calidad

Los carbones activados son productos complejos y no es fácil definir simplemente el conjunto de sus propiedades. Las determinaciones analíticas se dividen en tres grupos:

Características morfológicas

Granulometría: medida de las dimensiones de los granos y de las reparticiones granulométricas, a través de métodos clásicos de tamización por vía humeda o mecánica o por medio de modernos métodos a laser.

Masa volumétrica: medida de la masa de una unidad de volumen en condición estándar. No depende únicamente de la calidad del carbón: ella varia con la granulometría, la sistemación y la compactación de los gránulos.

Porosidad: medida de la superficie específica del carbón y de la repartición de los poros en función de su diámetro.

Características químicas y físicas

Humedad: medida de la pérdida de peso por desecamiento en estufa en el caso de que el agua sea el sólo compuesto volátil presente. De lo contrario se utiliza un método por destilación con xileno.

Cenizas: medida de las sustancias inorgánicas restantes después de la calcinación del carbón (cenizas totales) y de las que solubilizan por tratamiento con ácidos (cenizas solubles).

PH: medida del PH del agua tratada con el carbón en condiciones estandares. Depende del sistema de activación y de la especie química de los radicales existentes sobre su superficie.

Las propiedades absorbentes son representadas por índices que expresan el poder de los carbones con respeto a moléculas de talla diferente. Existe una correlación entre estos índices y la estructura porosa del carbón.

Índice de Melaza: representa el contenido de los mesoporos en la estructura del carbón. En realidad la coloración de la melaza deriva de moléculas de talla variable de 30 a 100 Angstrom. El resultado de esta medida tiene confirmación en diferentes aplicaciones típicas de los carbones activados y en particular en los procesos de decoloración de los productos de base de la industria químico-farmacéutica.

Índice de Yodo: índice de microporosidad talla variable entre 5-15 Angstrom. Como la molécula de yodo es de pequeñas dimensiones es accesible a toda la porosidad del carbón. Por eso este test da una indicación de la superficie específica total del carbón a condición que ningún cuerpo susceptible de reaccionar con el yodo sea presente.

El conjunto de las determinaciones analíticas son indicaciones fragmentarias que hace falta interpretar con precaución. Sólo la isóterma de absorción pone en evidencia la calidad de un carbón activado en la aplicación considerada.

Isóterma de absorción

Existe un buen número de leyes empíricas que permiten de representar el fenómeno de absorción. En caso de absorción en fase líquida, la relación entre cantidades absorbidas y doses de carbón empleadas está definida por la isóterma de Freundlich, que sobre de un diagrama en escala logarítmica representa la ecuaccíon de una recta de inclinación 1/n.

Tierras descolorantes

Las tierras descolorantes se utilizan principalmente, como dice el nombre mismo, por la eliminaciòn de substancias cromòforas; ésto no excluye el utilizo de este producto en otras aplicaciones, en caso las caracterìsticas de este media filtrante sean utiles en la resolucciòn de unos problemas, se vea por ejemplo la purificaciòn de grasas de animales.

Las tierras descolorantes, asì como los carbones activos, se subdividen en:

  • tierras descolorantes activadas quimicamente
  • tierras descolorantes activadas fisicamente

segùn el proceso de activaciòn a que se someten.

Las tierras descolorantes activadas quimicamente presentan normalmente un PH medio de 2-3, mientras que las activadas fisicamente tienen un PH màs alcalino, normalmente mayor de 7.

Attapulgita, montmorillonita, sepiolita, clinoptilolita, son las substancias màs comunes de que se constituyen las tierras descolorantes, o singularmente o como combinaciòn de éstas; las acillas de base contienen sobre todo silica y allumina, y se pueden encontrar rastros de hierro, magnesio, calcio y potasio. Los depòsitos de arcilla tienen un aspecto similar a el de la tierra y pueden presentar gradaciones de colores, de cuero o marròn claro al amarillo o al blanco puro.

Mètodos de activaciòn

A pesar de las caracterìsticas absorbentes ya muy buenas, estas arcillas estàn sujetas a tratamientos particulares para mejorar estas caracteristicas de base.

Activaciòn quìmica

El proceso de activaciòn con àcido sulfùrico o con àcido clorìdrico permite remover varios iones, librando los sitios activos actos a la absorciòn de las impurezas; los varios tipos de iones (Ca, Mg, Fe, K) son homogeneamente disueltos en la matriz arcillosa Si-Al.

Las tierras activadas con àcido pueden quitar la clorofila, los carotenoides y otros compuestos como el fòsforo o compuestos de osidaciòn de los aceites alimentares, minerales y de las grasas.

Activaciòn fìsica

El proceso de activaciòn fìsica se actua llevando la arcilla a altas temperaturas de 600° C en horno rotante, de manera que se pueda librar la estructura porosa ya intrìnseco del mismo material.

La attapulgita y la sepiolita son las arcillas màs indicadas por este tipo de proceso.

Granulometria

Un paràmetro fundamental de las tierras descolorantes, sean àcidas o bàsicas, es la distribuciòn granulomètrica, en efecto ademàs de una alta capacidad de eliminaciòn de substancias cromòforas (clorofila, carotenoideis, etc.) deben tener una granulometria que no represente un paramentro limitativo durante el proceso de filtraciòn.

A traves de moliendas especificas se pueden alcanzar distintas distribuciones granulomètricas segùn el pedido del mercado:existen tierras descolorantes que permiteb trabajar con una mayor velocidad de filtraciòn.

Tierras diatomeas

Las tierras diatomeas, también conocidas como harinas fósiles, son un derivado de la fosilización de los restos de diatomeas, una especie de protistas, caracterizados por un exoesqueleto compuesto por sílice, que viven en lagos salados y océanos.

Las acumulaciones de diatomeas fosilizadas se pueden encontrar sobre todo en antiguos lagos salados, hoy ya secos, presentes en concretas áreas geográficas, en donde se extraen las materias primas empleadas para la producción de las harinas fósiles.

Las tierras diatomeas son ideales para emplearlas como coadyuvantes de filtración para la eliminación del componente sólido suspendido dentro de los líquidos, su gran versatilidad permite su empleo en diferentes aplicaciones que van desde la purificación y tratamiento de aguas hasta la filtración de líquidos alimentarios, aplicaciones en la industria química y farmacéutica.

Se subdividen en tres grandes familias, según el grado de elaboración necesaria para su producción:

  • Naturales (de color ocre) ideales para ser empleadas en la industria zootécnica y en la filtración de líquidos alimentarios (Cerveza, Vino, Aceite, Azúcares, etc.);
  • Calcinados (de color rosa) ampliamente utilizados para la filtración de líquidos alimentarios (Cerveza, Vino, Aceite, Azúcares, etc.), en los productos de la industria química (ácidos cítricos, fosfóricos, etc.), y de la industria de los aceites minerales (lubricantes y aditivos)
  • Calcinados de flujo (de color blanco) utilizados para la filtración de líquidos alimentarios (Cerveza, Vino, Aceite, Azúcares, etc.), en los productos de la industria de los aceites minerales (lubricantes y aditivos), farmacéutica (alginatos, antibióticos) y médica (sangre y plasma).

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