carbonos activados comerciales

carbonos activados comerciales

1. la mejora de adsorción del boro se logra impregnando el carbón con cloruros de calcio y bario, ácidos cítrico, tartárico y salicílico y curcumina

2. se comparan CAC en relación con sus propiedades de adsorción hacia compuestos de boro solubles

   • PAC tipo AquaSorb PB2
     • carbón bituminoso PAC
   • PAC tipo Norit AZO
     • carbón de turba PAC
   • GAC tipo WD extra
     • carbón GAC
   • GAC tipo WG-12
     • carbón coque bajo en cenizas de GAC
   • PAC tipo CWZ-30
     • PAC carbón de lignino
   • GAC tipo F400
     • carbón bituminoso GAC
     • modificado con quelatos polihídricos
       • xilitol
       • manitol
       • gluconato de sodio
       • Se utilizó la técnica de inmersión para modificarlo. Aprox. 50 g de F400 granular se sumergió en 250 cm 3 de solución de impregnación y se dejó durante 24 h. El carbón activado modificado resultante se filtró, se lavó con agua (hasta que el contenido del agente modificador en el líquido de lavado estuvo por debajo de su límite de detección) y se secó a 30°C durante 3 días. Los modificadores, es decir, xilitol, manitol y gluconato de sodio, se usaron a una concentración de 1 mol/dm3. La cantidad de modificador unido al carbón activado en cada caso se determinó basándose en su concentración inicial y final en la solución.
         • resultó: 2.63; 2,77 y 2,30 mmol/g de carbono modificado con manitol, xilitol y gluconato de sodio, respectivamente.
       • características de los carbonos modificados
         • la superficie de carbono de los F400 no modificados y F400 modificados por xilitol no difiere mucho, sin embargo, las micrografías SEM del F400 modificado muestra que la superficie externa es ligeramente más irregular después de la impregnación con xilitol
       • Mecanismo de adsorción de boro en CAC modificado con polioles
         • La modificación de F400 con polioles da como resultado la mejora de las propiedades del carbono en el rango de adsorción física (aumento de ambos, volumen de microporos y valor de pH de carga de punto cero), así como adsorción química (a través de la presencia de grupos hidroxilo adicionales). Debido a que las diferencias entre el volumen de microporos de F400 y el F400 modificado parecen ser insignificantes, el pH debe considerarse como un parámetro importante que influye en la adsorción de ácido bórico/tetrahidroxibrato de soluciones acuosas. . La eliminación máxima de boro se encuentra a pH = 8.5 en F400 modificado con xilitol. después de la modificación de F400 los volúmenes de poros con los anchos ca. 1,5 nm (supermicroporos) aumentaron para todos los carbonos activados, mientras que los volúmenes de poros ca. 0.5 nm (ultramicroporos) aumentaron para F+X y F +G, lo que afectó el aumento tanto del área BET como del volumen de microporos.
         • tanto las F400 como las AC modificadas se caracterizan por una gran área de superficie BET y una estructura microporosa. El área de superficie BET del F400 modificado con manitol está menos desarrollada, mientras que los otros AC modificados tienen un área de superficie BET más grande.. la adsorción de boro en AC modificado podría ser más dependiente de la química de la superficie de CA y la forma de boro (ya sea B (OH) 3 o B (OH) 4 - ) que en la estructura porosa y el área superficial de AC
       • efecto de factores operativos sobre la adsorción de boro
         • tiempo de contacto
           • modelos cinéticos
             • El equilibrio se alcanza después de 2h para F400 y F+G, y después de 4h para F+X y F+M. El valor más alto de eficiencia de eliminación, R %], se logra para los adsorbentes F +X y F+M. El valor más alto deqe se calcula para F400 modificado con xilitol ( q2=0.997 mg/g) mientras que el valor más bajo de qe se calcula para F400 modificado con gluconato de sodio ( q2 =0.514 mg/g).
         • concentración inicial del booro
         • temperatura
           • modelos isotermos
             • El equilibrio de adsorción se estudió a una temperatura de 25 ° C y 80 ° C, a pH = 7 (F400) o pH = 8.5 (F + M, F + X y F + G), y en el rango inicial de concentración de boro de 5–60 mg / dm 3 con la dosis constante de carbón activado (0.5 g por 0.05 dm 3 de solución) para un tiempo de contacto de 4h. La meseta de saturación a una alta concentración de boro cuando la temperatura es de 25 ° C, mientras que la saturación se logra a concentraciones más pequeñas cuando la temperatura es de 80°C.. El carbón activado modificado con xilitol (F + X) y manitol (F + M) muestra la mayor afinidad por el boro. las capacidades de adsorción de equilibrio son: 0.85, 1.50, 1.45 y 1.04 mg/g para F400, F+M, F+X y F+G, respectivamente, a 25 ° C con un pH óptimo en el rango de concentración probado. La mayor afinidad por el boro ha sido demostrada por dos adsorbentes: F+M y F+X .
           • la capacidad de adsorción disminuye al aumentar la temp de 20 a 80°C para F400 modificado con Xilitol y para F400 con manitol, lo que significa que el proceso de eliminación de boro es de naturaleza exotérmica.
           • La mayor capacidad de adsorción fue obtenida solo por Halim et al. (2013)en carbón activado impregnado de curcumina, sin embargo, ese valor (3,5 mg/g) no fue la capacidad de adsorción experimental sino que se calculó mediante el modelo L. Además, no se detectó la presencia de modificadores en las soluciones después de la adsorción, lo que significa que el xilitol y el manitol no se eluyen del carbono F400 y no contaminan el agua purificada.
         • pH
           • La eliminación máxima de boro se encuentra a pH = 8.5 para F+M, F+X y F+G, y a pH = 7.0 para F400, mientras que las capacidades de adsorción son iguales a 0.74, 0.98, 0.95 y 0.73 mg/g para F400, F+M, F+X y F+G, respectivamente. Para F+M y F+X, cuando el pH se reduce de 8,5 a 7, la eliminación de boro disminuye muy ligeramente, y después de reducir el pH de 7 a 3, la eliminación de boro disminuye aún más para estabilizarse al nivel de 0,7 mg/g. Se encontró que la eliminación de boro a pH alcalino (> 9.0) se redujo fuertemente a 0.5 mg/g, especialmente para F400 no modificado. La superficie del carbono tiene una carga positiva por debajo de pHpzc y una carga negativa por encima de pHpzc. En el caso de la eliminación por adsorción de aniones de la solución acuosa, es deseable que la superficie de carbono se cargue positivamente. Los valores de pHpzc determinados para F+X son iguales a 7.79 y 8.64 en la solución de electrolito y ácido bórico de 30 mg/dm3 (B) conc.
           • los valores de pHpzc de F+M son iguales a 7.80 y 8.65 en la solución de electrolito y ácido bórico, respectivamente. En consecuencia, a pH <8.64, la superficie de F400 modificado está cargada positivamente y B(OH)4- las especies, que están cargadas negativamente, pueden ser electrostáticas atraídas por la superficie del carbono. Esto conduce a la mayor afinidad del boro a la superficie de F+X y F+M a un pH cercano a 8,5. A pH> 8.65 la carga superficial de F+X y F+M es negativa, sin embargo, la quelación entre los grupos OH - presentes en una superficie de carbón activado modificado y especies de ortoborato todavía es posible, por lo tanto, un nivel moderado se observa adsorción. Al aumentar el pH de 10 a 12, la adsorción de los aniones ortoborato se reduce debido a las interacciones competitivas de los aniones hidroxilo presentes en exceso en la solución.
   • procedimiento analítico
     • antes de realizar las mediciones de adsorción, cada muestra de carbono
       • se desgasificó durante 24 h al vacío a 353 K
       • se midió el volumen adsorbido en función de la presión de equilibrio en un rango de presiones relativas de 10−7 a la presión de saturación
       • el área superficial específica se determinó utilizando la ecuación Brunauer-Emmett-Teller (BET)
       • la distribución del tamaño de poro (PSD) se analizó utilizando modelos de teoría funcional de densidad no localizada (NLDFT)
       • El pH pzc de los carbonos modificados se determinó de acuerdo con el método Balistrieri y Murray
   • método de adsorción
     • Los experimentos se llevaron a cabo con 0,5  g de adsorbente y 0,025 o 0,05 dm3 de solución de boro a una concentración de 30 mg B/dm3; a un pH entre 2 y 10, y dentro de un rango de temperatura de 20–80°C durante 5–1440 min. en un matraz cónico de 250 cm 3 con una junta de PU molida. La solución de boro se mezcló con un adsorbente a una velocidad de mezcla de 120 rpm en un agitador mecánico. La suspensión se centrifugó y se filtró a través de filtros de papel medios. El filtrado se analizó para determinar la concentración de boro, manitol, xilitol y gluconato de sodio por el método ICP-OES. Cada experimento de adsorción se repitió tres veces para obtener valores promedio.
   • mecanismo de adsorción de boro en CAC
     • la capacidad de eliminación de adsorción de un carbón activado depende de las características fisicoquímicas del carbono, el área de superficie, la distribución del tamaño de poro, las propiedades electrocinéticas y la estructura química de la superficie del carbono .
     • F400 se caracteriza por una gran área de superficie BET y una estructura microporosa, lo que hace que la capacidad de adsorción del boro sea relativamente alta.
     • La superficie de carbono con carga positiva favorece la adsorción de aniones, incluidas las especies BOH)4 , debido a una atracción electrostática entre la superficie del adsorbente con carga positiva y los iones de tetrahidroxibrato con carga negativa. Desafortunadamente, la adsorción máxima de boro en F400 se observó a un pH de aprox. 7 cuando el porcentaje de aniones de tetrahidroxibrato es inferior al 0,7% en la solución. En consecuencia, las propiedades electrocinéticas del carbono no son relevantes para la adsorción de boro en F400 no modificado a pH bajo
   • eliminación de boro por los CAC
     • la mayor eliminación de boro, R =51%, se logra para F400 ,que es un carbón activado granular desarrollado específicamente para la eliminación de compuestos orgánicos y contaminantes de la industria química. Es ideal para la purificación del agua de la columna, tiene una gran propensión a adsorber metales pesados y algunos compuestos orgánicos, sin embargo, su afinidad por los aniones, incluido el borato, es moderada. La capacidad de adsorción relativamente alta de F400 se debe a la gran porosidad y superficie específica de este carbón activado. La mayor afinidad de adsorción del ácido bórico por el carbono Filtrasorb 400 puede deberse a diferencias en la funcionalidad de la superficie o en la estructura de los microporos, considerando que los otros carbonos provienen de diferentes fuentes.
     • La eficacia de la eliminación de boro de los carbonos activados utilizados se puede organizar en el siguiente orden: F400> Norit SX2> CWZ22 ≈ AquaSorb PB2 ≈ Norit Azo> WD Extra> WG-12.

3. conclusión

   • se probaron diez carbonos activados como adsorbentes de boro , incluidos siete comerciales, WD Extra, WG-12, Filtrasorb 400 (F400), Norit SX2, Norit AZO, AquaSorb BP2 y CWZ-22; y F400 modificado con tres quelatos polihídricos. Algunos de los CAC exhibieron una buena capacidad de adsorción de boro, especialmente F400 con una eficiencia de eliminación máxima de 51.3% y una capacidad de adsorción de 0.319 mg/g.
   • la modificación de F400 con quelatos polihídricos aumentó significativamente la eficiencia de adsorción a 1,45 y 1,50 mg/g, si el manitol y el xilitol fueron utilizados como modificador
   • La modificación de la superficie de CA con polioles da como resultado la promoción de la adsorción física (por una estructura microporosa bien desarrollada con volúmenes de poro comparativamente más grandes que F400 y un aumento en el valor de pH de carga de punto cero que permite la atracción de Coulomb), así como la adsorción química , lleva a un aumento en la eficiencia de eliminación de boro.
   • La alta capacidad de adsorción del F400 modificado y su disponibilidad en una forma de gránulo conveniente, que garantiza la fácil separación del agua purificada , ofrece la posibilidad de la aplicación de este adsorbente en sistemas de columna. Por lo tanto, F400 modificado con manitol o xilitol podría recomendarse para la eliminación de especies de boro de medios acuosos.