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SINTESIS POR ACTIVACIÓN QUÍMICA Y CARACTERIZACIÓN DE
CARBON ACTIVADO A PARTIR DE CÁSCARA DE SEMILLAS DE
EUCALIPTO PARA...
 
 
1. Introducción
La obtención de carbones activados a partir de material lignocelulósico es ampliamente
usada en la ind...
 
 
especies: Eucalyptus globulus, Eucalyptus grandis, Eucalyptus tereticornis y Eucalyptus
camaldulensis.
La semilla de E...
 
 
con una disolución relativamente concentrada de una agente químico deshidratante como
ácido fosfórico, ácido sulfúrico...
 
 
La mayoría de autores consideran que la estructura del carbón activado puede representarse
como en la figura 1, que pr...
 
 
1.3.2Química superficial: La presencia de oxígeno, hidrógeno y nitrógeno en forma de
grupos funcionales en la superfic...
 
 
fases. El proceso de adsorción es espontáneo, y, por tanto, tiene lugar con una disminución
en la energía libre de ads...
 
 
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3.1 Caracterización de las muestras de carbón obtenidas.
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carbones activados, con ad...
 
 
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carbones. En J. M. Martín Ma...
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Síntesis por activación química y caracterización de carbón activado a partir de cascara de semillas de eucalipto para la adsorción de fenol en solución acuosa

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Síntesis por activación química y caracterización de carbón activado a partir de cascara de semillas de eucalipto para la adsorción de fenol en solución acuosa

  1. 1.     SINTESIS POR ACTIVACIÓN QUÍMICA Y CARACTERIZACIÓN DE CARBON ACTIVADO A PARTIR DE CÁSCARA DE SEMILLAS DE EUCALIPTO PARA LA ADSORCIÓN DE FENOL EN SOLUCIÓN ACUOSA L. C. Mojica S1 , W. M. Ramirez G.1 , N.G. Rincón S1 , D. A. Blanco1 L. Giraldo2 , J. C. Moreno P.3 1 Facultad de Ciencia y Tecnología, Departamento de Química, Universidad Pedagógica Nacional 2 Facultad de ciencias, Departamento de Química, Universidad Nacional de Colombia.  3 Facultad de ciencias, Departamento de Química, Grupo de Investigación de los sólidos porosos y calorimetría, Universidad de Los Andes, Bogotá, Colombia  E-mail: l_carolina_18@hotmail.com1 , sara2716@hotmail.com1 , giovannyservo@hotmail.com1 , lgiraldogu@bt.unal.edu.co2 , jumoreno@uniandes.edu.co3     Resumen    Se sintetizó Carbón activado a partir de la cáscara de semillas de eucalipto (Eucalyptus globulusLabill) El proceso consistió en la impregnación del precursor con H3PO4, a dos diferentes concentraciones 30% y 80% seguido de un proceso de carbonización, a temperaturas de 600°C, durante 2 horas con un flujo continuo de N2 de 100 cm3 min-1 y velocidad de calentamiento a 5ºCmin-1 . Posteriormente, las muestras fueron lavadas, con abundante agua destilada y secadas a 110 ºC durante 24 horas. La química superficial de los carbones activados se caracterizo por el método Boehm donde se demostró que estos carbones tienen pocos sitios básicos, lo que se confirmó con la técnica de pHPCC con resultados de 5,66 y 6,10 y con las calorimetrías de inmersión en ácido-base donde los resultados mostraron que para la muestra al 80%, hay mayor entalpía en solución básica (122,27Jg-1 ) causada por la naturaleza acida del carbón en comparación con la entalpía en solución acida (88,29 Jg-1 ). Lo mismo sucede con el carbón al 30% el cual muestra relación entre la entalpía de inmersión básica (71,99Jg-1 ) frente a la entalpia de inmersión en ácido la cual es menor (97, 65 Jg-1 ). Las muestras obtenidas de carbón activado, demuestran gran capacidad de adsorción de fenol, debido a la naturaleza química encontrada y a sus grandes aéreas superficiales aparentes las cuales están en el orden de 1007 m2 g-1 y 1858 m2 g-1 para las muestras activadas a concentraciones de 80% y 30% respectivamente. PALABRAS CLAVE:Carbón activado, Fenol, Adsorción, Método Bohem, pHpzc, entalpía de inmersión.
  2. 2.     1. Introducción La obtención de carbones activados a partir de material lignocelulósico es ampliamente usada en la industria química debido al bajo costo y a la abundancia de este tipo de materiales en la naturaleza. Este tipo de precursores son también muy importantes, pues permiten la obtención de carbones activados con variedad de tamaños y distribuciones de poro, variando las condiciones de preparación tales como temperaturas y tiempos de activación (Marco J, 2005). Las propiedades finales de un carbón activado están determinadas en gran medida por el material precursor, debido a que es éste quien establece en forma esencial las características estructurales del carbón resultante; cabe recordar que lo que se hace durante un proceso de activación es básicamente abrir poros que se han podido tapar por depósito de alquitranes pero respetando la estructura original del carbonizado del material de partida. En este trabajo se obtuvieron muestras de carbón activado con diferentes grados de activación, los cuales se caracterizaron por adsorción física de nitrógeno a 77 K, y se caracterizaron químicamente en sus propiedades Químicas mediante método de titulación de masas y método de valoración selectiva acido-base 1.1 Acerca del precursor El Eucalipto Pertenece a la familia de las Mirtáceas y es originario de Australia y Tasmania; es un grupo de rápido crecimiento en el que se cuentan actualmente cerca de 700 especies de Eucalipto. En Colombia fue introducida a finales del siglo XVIII, con las primeras plantaciones de Eucalipto común en la Sábana de Bogotá, que fueron empleadas como cerca viva, leña, especie ornamental y en el área de la construcción. Más de 21 especies de Eucaliptos han sido estudiadas en el país, dando buenos resultados, en términos de productividad y rendimientos a nivel industrial, específicamente para las
  3. 3.     especies: Eucalyptus globulus, Eucalyptus grandis, Eucalyptus tereticornis y Eucalyptus camaldulensis. La semilla de Eucalipto empleada en este trabajo, pertenece a la especie Eucalyptus globulus la cual es conocida como eucalipto común, es un árbol que puede alcanzar los 100 metros de altura y un diámetro de 2.5 metros, su corteza externa de color café oscuro es escamosa, mientras que la interna es lisa y café clara. Es una especie propia de bosque húmedo montano bajo y bosque seco montanosegúnSánchez y Noemí (2007). 1.2 Síntesis de carbón activado Los carbones activados se sintetizan industrialmente a partir de precursores ricos en carbono, fundamentalmente materiales lignocelulósicos (madera, hueso y cascara de fruta, aserrín), turba, lignito, carbones sub-bituminosos, brea de petróleo, coque, entre otros. Algunos de los criterios que suelen utilizarse para seleccionar el precursor son: • Bajo contenido en componentes inorgánicos • Disponibilidad y bajo coste • No sufrir degradación durante el almacenamiento • Facilidad de activación • Que conduzca a buenos adsorbentes Los materiales lignocelulósicos corresponden al 47% del total de precursores utilizados en todo el mundo dato reportado segúnRodríguez Reinoso (2007), seguidos del carbón mineral y turba. Uno de los métodos industriales para producir carbón activado se denomina activación química. 1.2.1 Activación química: El proceso de activación química suele realizarse con materias primas de origen lignocelulósico o con turba. El material, finamente dividido, se mezcla
  4. 4.     con una disolución relativamente concentrada de una agente químico deshidratante como ácido fosfórico, ácido sulfúrico, cloruro de zinc, entre otros. La mezcla, una vez seca, se somete a un proceso de carbonización a temperaturas entre 400 y 700°C, en el que el material sufre la degradación térmica. El producto resultante es lavado con una disolución diluida de un ácido o con agua para eliminar los restos de agente activante. 1.3 Sólidos Porosos y Carbón Activado Los sólidos porosos poseen en su interior cavidades o túneles que reciben el nombre de poros, estos constituyen la parte más importante en la estructura de un carbón activado, ya que determinan sus propiedades texturales, las cuales se relacionan con la adsortividad y determinan la superficie específica a lo largo del sistema poroso, facilitando la difusión y la adsorcióncomo mencionanGiraldo, Garcia, y Moreno (2008). El término “carbón activado” se aplica a un grupo de carbones porosos preparados mediante la carbonización de materiales lignocelulósicos impregnados con agentes químicos deshidratantes. Todos estos carbones, que estructuralmente son sólidos muy desordenados constituidos fundamentalmente por carbono, presentan un elevado grado de porosidad y una elevada área superficial interna que se aplican, fundamentalmente, en procesos de adsorción y catálisis. 1.3.1Estructura: Todos los carbones activados, independientemente de la forma en que se fabriquen, están constituidos por carbono, normalmente con una baja cantidad de heteroátomos; fundamentalmente hidrógeno y oxígeno, y de componentes inorgánicos que constituyen lo que se denomina cenizas. La estructura del carbón activado, que está basada en capas de grafeno totalmente desordenados, se corresponde con la de un material no grafitizable, es decir, un material que no ha pasado por un estado fluido durante el proceso de carbonización.
  5. 5.     La mayoría de autores consideran que la estructura del carbón activado puede representarse como en la figura 1, que produce un plegamiento de láminas hexagonales dejando huecos de muy diferente tamaño. Figura 1 Representación esquemática de un carbón activado. Tomada de “Adsorción Física de gases y vapores por carbones”. (Martínez, M, 1990:27) De acuerdo a la clasificación de la IUPAC, como se muestra en la tabla 1, los poros se clasifican en tres grupos principales: microporos, con dimensiones inferiores a 2 nm, mesoporos, con dimensiones de entre 2 y 50 nm; y macroporos, con dimensiones superiores a los 50 nm Tabla 1. Clasificación de poros POROS DIMENSIONES MICROPOROS Menores 2 nmESTRECHOS 0.7 nm ANCHOS 0.7-2 nm MESOPOROS Entre 2-50 nm MACROPOROS Mayores 50 nm
  6. 6.     1.3.2Química superficial: La presencia de oxígeno, hidrógeno y nitrógeno en forma de grupos funcionales en la superficie del carbón ejercen un gran efecto en las propiedades adsorbentes, especialmente en moléculas polares o polarizables. La naturaleza química y la cantidad de grupos superficiales de oxígeno de un carbón dado son una función del área superficial, tamaño de partícula, contenido en cenizas y las condiciones experimentales utilizadas en su fabricación. Algunos autores resaltan la variedad de grupos superficiales de oxígeno (Figura 2), que van desde grupos carbonilo a carboxilo, fenol, éter, cromeno; lo que le confiere al carbón un carácter anfotérico. Figura 2 Tipos de grupos superficiales oxigenados en carbón activado. Tomada y adaptada de “Rodríguez Reinoso, Año 2007. 1.4 Fenómenos de superficie 1.4.1 Adsorción: Es un proceso de separación y concentración de uno o más componentes de un sistema sobre una superficie sólida o líquida. Los distintos sistemas heterogéneos en los que puede tener lugar la adsorción son: sólido-líquido, sólido-gas y líquido-gas. Como en otros procesos de este tipo, los componentes se distribuyen selectivamente entre ambas
  7. 7.     fases. El proceso de adsorción es espontáneo, y, por tanto, tiene lugar con una disminución en la energía libre de adsorción. Las energías que contribuyen a la energía libre de adsorción se pueden agrupar en no electrostáticas y electrostáticas. 1.4.2 Fisisorción: En este tipo de adsorción las fuerzas son de naturaleza física y la adsorción es relativamente débil. Las fuerzas corresponden a las consideradas por J. H. Van der Waals. Este tipo de adsorción se conoce como: adsorción física, fisisorción o adsorción de Van der Waals. El calor que se desprende cuando un mol de gas experimenta fisisorción en general es bajo, de menos de 20kJ mol-1 según Gutiérrez y Mejia(2006). 1.4.3 Quimisorción: La formación de enlaces durante la adsorción química hace que el proceso sea más selectivo, es decir, que dependa marcadamente de la naturaleza de las sustancias involucradas. El calor que se desprende por mol en este tipo de adsorción, en general es comparable al que se desprende de un enlace químico, o sea de 100 a 500 kJ mol-1 . 1.5 Caracterización del carbón activado La caracterización del carbón activado debe cubrir propiedades adsorbentes, químicas, físicas y mecánicas, entre otras. Por esta razón se han desarrollado gran número de métodos de caracterización. La primera etapa de caracterización es frecuentemente, la determinación del área superficial, seguido de un análisis de la porosidad y la determinación de la aplicación a una situación determinada. 1.5.1 Área superficial o superficie específica se determina mediante la adsorción de un gas en condiciones isotérmicas. La isoterma de adsorción es analizada mediante la aplicación de una ecuación dada para determinar el volumen de monocapa (el volumen correspondiente a cubrir la superficie del sólido con una capa de moléculas adsorbidas), a
  8. 8.     partir de la cual se calcula el área específica aparente del carbón si se conoce el área ocupada por cada molécula. La ecuación más utilizada para calcular la superficie específica es la B.E.T., pese a que es un modelo que no se adapta con exactitud a la porosidad típica de los carbones activados, fundamentalmente constituida por microporos. 1.5.2 Porosidad: La adsorción de gases y vapores es la técnica más convencional, generalmente N2 a 77 K, aunque existe otras técnicas recientemente estudiadas como la calorimetría de adsorción y la microscopía electrónica. 1.5.3 Química superficial: La caracterización química de los adsorbentes puede ser obtenida mediante una adecuada complementación de varias técnicas. Muchas de esas técnicas, tales como análisis químico, espectroscopia infrarroja (FTIR), difracción de rayos- X (DRX), desorción (descomposición) térmica programada (DTP), determinación del punto de carga cero (PCC) y valoración selectiva (Método Boehm), son comunes para los diferentes adsorbentes, Gutiérrez y Mejia (2006). 1.5.3.1 Determinación del punto de carga cero: Es una técnica que se fundamenta en la neutralización de los sitios ácidos y básicos presentes en el carbón activado, con una solución que no interfiera con las cargas de la superficie del carbón como lo es el cloruro de sodio. En la experimentación se espera obtener un pH constante a diferentes masas de carbón activado, al cual se le denomina punto de carga cero pHpcc, como el trabajo realizado por Garcíay Casallas (2005). 1.5.3.2 Valoración ácido-base, Método Boehm: Este método está basado en la hidrólisis que los grupos funcionales sufren en agua, caracterizada por su pKa. Por lo tanto, seleccionando bases de distinta fuerza y pKa adecuado, es posible determinar el contenido de dichos grupos por valoración selectiva. Las bases más utilizadas son NaHCO3 (pKa=6.37), Na2CO3 (pKa=10.25), NaOH (pKa=15.74) y NaOC2H5 (pKa=20.58). Los grupos carboxílicos, sólo son valorados por NaHCO3, la diferencia entre la acidez valorada por NaHCO3 y Na2CO3 se corresponde con el contenido en lactonas, y los grupos fenólicos
  9. 9.     y los grupos carbonílicos se obtienen de la diferencia entre la acidez registrada con NaOH y Na2CO3 y entre NaOC2H5 y NaOH, respectivamente, Rodríguez Reinoso (2007). 1.5.4 Calorimetría de inmersión: En este método se determina la entalpia liberada cuando un sólido desgasificado es introducido en un líquido con el que no reacciona. Dado que se pueden utilizar líquidos con diferentes dimensiones moleculares, es posible obtener una distribución de tamaño de poros con una relativa sencillez experimental. 2. Experimental El diseño experimental se realiza bajo la siguiente secuencia. Figura 3 Esquema general del diseño experimental 2.1 Síntesis de carbón activado Se utilizó como precursor material lignocelulósico proveniente de la cáscara de semilla de eucalipto (Eucalyptus globulus labill),debido a que ésta puede producir efectos desfavorables al medio ambiente como se mencionó anteriormente y además cumple con los criterios para la síntesis del carbón activado. Inicialmente el precursor se partió y tamizó al tamaño de 4 mm (figura 4) ya que éste es el tamaño apropiado para sintetizar carbón activado granular. DISEÑO EXPERIMENTAL Síntesis del carbón activado Caracterización del carbón activado obtenido Aplicación: Adsorción de Fenol en fase acuosa.
  10. 10.   El sigu 2.1.1A utiliza • • Fig uiente esque Figura Activación q ando las sigu Concentrac Relación d gura 4 Casc ema muestra a 5Esquema química: En uientes condi ción del acid de impregnac Fu ara de semil la metodolo a de la síntes n la activació iciones expe do: 30 y 80 % ción del acid uente: Autores lla de Eucali ogía aplicada is de las mu ón química erimentales: % v/v. do y la muest pto partida y a: estras deCar el precursor tra: 200 mL y tamizada. rbón Activad r se impregn de acido/10 do. nó con H3PO 00 g Muestra   O4, a.
  11. 11.     Posteriormente fueron carbonizadas a las siguientes condiciones experimentales: • Flujo de N2: 100 cm3 min-1 • Velocidad del calentamiento: 5°C min-1 • Tiempo de residencia: 2 horas • Temperatura final: 600°C A los carbones resultantes se les asignarón la siguiente nomenclatura CAE30 para el carbón activado a concentración de ácido 30 % v/v, y CAE80 para el carbón activado a concentración de acido 80 % v/v, los carbones activados se lavaron con agua destilada hasta pH constante y posteriormente secados durante aproximadamente 12 horas en una estufa luego, finalmente fueron almacenados en recipientes plásticos en atmosfera inerte para evitar la oxidación de la superficie. Posterior a estos procesos de activación se realizó la caracterización del carbón activado. 2.2 Caracterización del carbón activado 2.2.1 Área superficial y Volumen de Microporo: La porosidad de los carbones se evalúan por adsorción física de nitrógeno a 77 K en un equipo convencional volumétrico, Autosorb 3B, Quantachrome. El volumen de microporos se calcula utilizando la ecuación de Dubinin-Radushkevich, y el área superficial aparente, apartir de la aplicación del método de B.E.T 2.2.2 Titulación Boehm: La acidez y basicidad total se determinan mediante el método Boehm. Se pesan aproximadamente 1 g de carbón activado y se ponen en contacto con 50 mL de NaOH, y HCl 0,1 M, en recipientes herméticos durante cinco días, y posteriormente se titulan alícuotas de 10 mL de las soluciones con ácido o con base previamente estandarizadas. 2.2.3Punto de carga cero:Para determinar el punto de carga cero, se pesan 0,1000 g de carbón activado y se ponen en contacto con 10 mL de solución de NaCl 0,1M durante 48 horas en baño termostatado a 25 ºC mediante agitación constante.
  12. 12.     2.2.4Calorimetría de inmersión: Para determinar los calores de inmersión se usa un calorímetro de conducción de calor con una celda calorimétrica en acero inoxidable. Se colocan en la cela 10 mL de liquido de inmersión, se pesa una muestra de carbón activado del orden de 0,1 g y se colocan dentro de la celda calorimétrica en una ampolleta de vidrio, se ensambla en calorímetro, cuando el equipo alcanza el equilibrio térmico, la ampolleta se rompe, el solido se moja por el liquido, y el calor generado se registra en función del tiempo. Finalmente se calibra eléctricamente mediante el suministro de un trabajo eléctrico conocido a la celda calorimétrica a través de una resistencia eléctrica de calibración de 100 ohmios y un cuarto de watio. 2.3 Isotermas de adsorción de fenol Para determinar las isotermas de adsorción se colocan 0,4 g de carbón activado en frascosámbar y 40 mL de las respectivas soluciones de fenol a diferentes concentraciones (desde 50 mgL-1 hasta 2000 mgL-1 ). Las muestras se agitan mecánicamente y se mantienen a una temperatura de 298 K por un periodo de 72 horas. La concentración en equilibrio de Fenol en las soluciones después de la adsorción se determina, respecto a una curva de calibración previamente desarrollada en un equipo espectrofotométrico UV – Vis Milton Roy Co, Spectronic Genesys SN. 3. Resultados y Discusión Tabla 2. Muestras y nombres de carbón obtenido. TIPO DE ACTIVACIÓN CARBÓN ACTIVADO NOMBRE ACTIVACIÓN QUÍMICA Muestra 1 CAE30 Muestra 2 CAE80 Figura 6. Estructura y apariencia de las muestras de carbón granular obtenido.
  13. 13.     3.1 Caracterización de las muestras de carbón obtenidas. 3.1.1 Área superficial aparente En la tabla 3 aparecen los resultados obtenidos a partir de las isotermas de N2 que se realizaron sobre a las muestras de carbón obtenidas, se presenta el área superficial SB.E.T. en m2 g-1 y mediante el modelo de Dubinin-Radushkevich se calcula el volumen de microporo Vo. Tabla 3. Sitios ácidos y básicos totales de las muestras de carbón Muestra SB.E.T(m2 g-1 ) Vo DR (cm3 g-1 ) CAE30 1858 0,63 CAE80 1007 0,35 Las muestras de carbón activado que se estudian presentan valores de área superficial del orden de 1007 a 1858 m2 g-1 , que son muy valores lo cual se ve reflejado directamente en la capacidad de adsorción, la muestra con mayor desarrollo de área superficial y volumen de microporo es la CAE30 con valores de 1858 m2 g-1 y 0.63 respectivamente, en comparación con la muestra CAE80 con 1007 m2 g-1 con un volumen de 0,35cm3 g-1 por supuesto esto se verá reflejado en la capacidad de adsorción de los materiales. 3.1.2Química superficial 3.1.2.1 Titulación Boehm y pH en el punto de carga cero En la tabla 4 se presentan los resultados obtenidos en la determinación de los sitios ácidos, básicos totales y el pH de carga cero para las dos muestras carbonosas. Tabla 4. Sitios ácidos y básicos totales de las muestras de carbón Muestra Basicidad Total (meq g-1 ) Acidez Total (meq g-1 ) pHPCC CAE30 0,052 0,135 5,66 CAE80 0,022 0,122 6,10 Los carbones sumergidos en HCl, determinan la cantidad de sitios básicos totales, encontrando que para este tipo de carbones hay muy poca concentración de dichos sitios.
  14. 14.     Por otro lado, los carbones sumergidos en NaOH, permiten determinar la concentración de sitios ácidos totales, encontrandoque el CAGE30 contenía la mayor concentración de sitios ácidos totales con un valor de0,135 meq g-1 lo cual esta directamente relacionado con el método de activación utilizado. Así por ejemplo, el carbón CAE30 se observa que la acidez es 3 veces mayor respecto a su basicidad, por lo tanto este carbón es de carácter ácido correspondiente conel pH de punto de carga cero el cual es de 5,66. 3.1.3 Calorimetrías de inmersión En la Figura 7 se muestra un Potenciograma típico obtenido con un calorímetro de conducción de calor tipo Tian como el usado para este trabajo, en donde se muestra la gráfica de potencial en función de tiempo. El primer pico corresponde al calor generado por la inmersión del sólido poroso en el respectivo líquido de inmersión, el segundo corresponde al pico de calibración eléctrica aplicando un trabajo eléctrico conocido durante un tiempo exactamente medido. Por una relación entre las áreas bajo los picos es posible determinar el valor de la entalpía de inmersión del sólido. Figura 7 Potenciograma obtenido en la determinación de la entalpia de inmersión. El carbón activado se caracterizó calorimétricamente al determinar las entalpias de inmersión en soluciones de HCl y NaOH 0,1 N, cuyos valores se pueden relacionar con las 0 0,00002 0,00004 0,00006 0,00008 0,0001 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 E (mv) Tiempo (s)
  15. 15.     propiedades químicas del carbón, ya que estas afectan las interacciones energéticas entre los sólidos y los diferentes líquidos de inmersión. En la tabla 5 se muestra el comportamiento que siguen las entalpías en solución básica y ácida; de las muestras activadas químicamente. Para la muestra CAE80, hay mayor entalpía en solución básica (122,27Jg-1 ) causada por la naturaleza ácida del carbón en comparación con la entalpía en solución ácida (88,29 Jg-1 ).    En lo referente al punto de carga cero, (pHPCC = 6,10) el cual es ácido, de tal forma que si el carbón se ponen en contacto con soluciones cuyo pH sea mayor que el pHPCC, la carga de su superficie será en promedio negativa, lo cual quiere decir que existe una disociación de los grupos ácidos en la superficie del carbón (0,122 meqg-1 ) (Navarrete, Giraldo, y Moreno, 2006) Por otra parte el carbón CAE30no muestra relación entre la entalpía de inmersión básica (71,99Jg-1 ) respecto al comportamiento ácido del carbón ya que la entalpía de inmersión en ácido es mayor (97,65 Jg-1 ), y tampoco se evidencia una correlación con el valor del punto de carga cero, (pHPCC = 5,66). Tal vez esto se debe a la naturaleza química compleja del carbón activado que afecta las interacciones que se dan entre él y el adsorbato. Tabla 5. Entalpias de inmersión de los carbones activados químicamente. 3.2 Adsorción de fenol 3.2.1 Barrido espectral y determinación de la curva de calibración. A partir del barrido espectral de las soluciones de fenol (2 a 100 ppm), se determinó la longitud de onda en la que la absorbancia es mayor. Esta fue de 271 nm. Muestras Activadas Químicamente Muestra Acidez total (meqg-1 ) ΔHinm NaOH (Jg-1 ) Basicidad Total (meqg-1 ) ΔHinm HCl (Jg-1 ) CAE30 0,135 71,99 0,052 97,65 CAE80 0,122 122,27 0,022 88,29
  16. 16.   La cur en los entre l Se util de line curva corres A la c grafica corres Roy C valida rva de Ringb cuales se cu la absorbanc lizaron conc ealidad del m de trabajo. ponden a un curva de trab a y = 0.014 ponde a 0,0 Co, Spectro ación. bom (figura umple la Le cia y la conce centraciones método está Para los dat n promedio d bajo se le ap 44x + 0.016 144, la cual onic Genesy 8) se utiliza ey de Beer, e entración de Figura 8C comprendid entre 10 y 6 tos obtenido de esas lectur plico regres 68 R2 = 0. l indica la se ys SN, que a, para deter es decir en d el analito. Curva de Rin das entre 2 y 60 mg L-1 . D os se realizo ras. ión lineal p 998, (Figura ensibilidad d se emplea rminar el int donde hay un ngbom y 100 mg L-1 De esta mane o doble lectu ara obtener a 9) donde del espectrof para realiz tervalo de co na proporcio . Se encontr era se proced ura y los da la ecuación el valor de fotómetro UV zar los pará oncentracion onalidad line ró que el ran de a realizar atos reportad n general de e la pendien V – vis Milt ámetros de   nes eal ngo r la dos la nte ton la
  17. 17.   3.2.2 L El lím respec 3.2.3 I En la capaci carbón Límite de d mite de de ctivamente. Isotermas d figura 10 se idades de ad n activado de detección y c etección y de adsorción e muestran l dsorción de e las muestra Figura 9Cu cuantificació cuantificaci n de fenol las isoterma Fenol (Qe) e as activadas urva de Calib ón ión en abs s de adsorci expresado e químicamen bración sorbancia e ión que repr n mg de fen nte: es de 0.03 resentan la r nol retenido 33 y 0.07 relación de l por gramo   19 las de
  18. 18.   F En la f el rang químic ha alca Los da Freund Tab Adsor CAE CAE Figura 10Iso figura 10 se go de concen camente, son anzado su lím atos experim dlich y Lang bla 6. Datos e rbato Qmá (mg/ E80 146,6 E30 138,5 otermas de a aprecia que ntraciones c n en su total mite máximo mentales de gmuir, los cu experimenta Lan áx /g) K (L/mg 628 0,029 504 0,029 adsorción de el comporta omprendido lidad ascend o de adsorci las isoterma uales se mue ales de las iso Freundl ngmuir ) R2 0,984 0,990 fenol para l amiento de l o entre 50 a 1 dentes, esto q ión. as de adsorc stran en la ta otermas de a lich y Langm %Des 1 0,87 2,93 as muestras las isotermas 1500 mgL-1 quiere decir ción se ajus abla 6. adsorción aju muir kf (mg1- 1/n L1/n *g-1 ) 6,347 0 6,580 0 activadas co s de adsorció para los car que el carbó taron con lo ustados a los Freundlich 1/n 0,624 0,9 0,578 0,9 on H3PO4 ón de Fenol rbones tratad ón activado os modelos s modelos de h R2 %D 910 5,77 968 1,662   en dos no de e Desv 8 2
  19. 19.     En el modelo de Freundlich, se analiza el valor de kf que se relaciona con la capacidad de adsorción, se observa que esta es mayor para la muestra CAE30, seguido CAE80, con valores que oscilan desde 6,58 a 6,35 mg1-1/n L1/n g-1 . El valor de 1/n es una medida de la heterogeneidad de la superficie. Un valor cercano a 0 indica una superficie heterogénea. Cuando el valor de 1/n es menor que 1 se dice que el proceso de adsorción es favorable, nuevamente se encuentra el mismo orden mencionado. Cuando se aplica el modelo de Langmuir, se observa que el valor de Qmax es mayor para la muestra CAE80, seguido de la muestra CAE30, con valores de138, 504 a 146,63 mg g-1 lo que confirma que las muestras actividades químicamente tienen mayor capacidad de adsorción. Finalmente los datos obtenidos se ajustan mejor al modelo de langmuir confirmando que el proceso de adsorción se da por la formación de monocapa del adsorbato. De acuerdo con los resultados obtenidos las muestras activadas por método químico presentan las mejores propiedades texturales y químicas, por lo tanto este material es óptimo para aplicarlo en procesos de adsorción en fase acuosa, además se infiere que el proceso de activación químico es el mejor método de preparación de carbones activados a partir de material lignocelulósicos. 4. Conclusiones Se sintetizaron carbones activados, en los cuales las muestras activadas químicamente presentan grandes áreas superficiales aparentes del orden de 1858 m2 g-1 para CAE30 y del orden de 1007 m2 g-1 para CAE80 y volumen de microporos, de 0,63 y 0,35 respectivamente, lo cual se refleja en la gran capacidad de adsorción de Fenol. Se encontró que los carbones activados químicamente contienen alta concentración de grupos ácidos, hecho que se ve reflejado en el método de activación utilizado y el pHpcc. A partir de las entalpías de inmersión es posible establecer similitudes entre las interacciones de los carbones en solución, y el efecto de los grupos superficiales en el comportamiento ácido - base del carbón.
  20. 20.     Las semillas de Eucalipto (Eucalyptus globulus labill), son apropiadas para la obtención de carbones activados, con adecuadas propiedades texturales en muestras activadas químicamente. De acuerdo con los resultados obtenidos las muestras activadas químicamente presentaron mejores propiedades texturales y químicas, por lo tanto este material es óptimo para aplicarlo en procesos de adsorción en fase acuosa, además se infiere que el proceso de activación químico es el mejor método de preparación de carbones activados a partir de material lignocelulósicos. Agradecimientos Este trabajo se realizó gracias al convenio marco entre la Universidad Pedagógica Nacional, la Universidad de los Andes y la Universidad Nacional de Colombia. Referencias Garcia, V., y Casallas, J. (2005). Modificación de carbones activados con ácidos fuertes para retener iones metálicos en aguas contaminadas y el diseño de una unidad didáctica para su enseñanza. Bogotá: Universidad Pedagógica Nacional. Tesis de pregrado no publicada. Giraldo, L., Garcia, V., y Moreno, J. C. (2008). Caracterización superficial en fase gas y líquida de carbones activados. Revista de Ingenieria, Univerisidad de los Andes, 7-16. Gutierrez, L., y Mejia, A. (2006). Remoción de fenol en solución acuosa por carbón activado,modificadoy diseño de una ayuda multimedial para el aprendizaje de conceptos implicados en la adsorción. Bogotá: Universidad Pedagógica Nacional. Tesis de grado no publicada. Leyva Ramos, R., Velázquez Vargas, L., Mendoza Barrón, J., y Guerreo Coronado, R. (2002). Adsorción de salicilato de sodio en solucón acuosa sobre carbón activado. Revista de la Sociedad Química de México, 159-166.
  21. 21.     Martín Martínez, J. M. (1990). Generalidades sobre adsorción física de gases y vapores en carbones. En J. M. Martín Martínez, Adsorción Física de Gases y Vapores por Carbones (págs. 5-40). Alicante, España: Secretariado de Publicaciones de la Universidad de Alicante. Moreno, J., Navarrete, L., Giraldo, L., y García, V. (2007). Adsorción de Fenol y 3-Cloro Fenol sobre Carbones Activados mediante Calorimetría de Inmersión. Información Tecnológica, 71-80. Rodriguez Reinoso, F. (2007). El Carbón Activado como Adsorbente Universal. En J. Moreno Pirajan, Sólidos Porosos: preparación, Caracterización y Aplicaciones (págs. 1-43). Colombia, Bogotá: Ediciones Uniandes. Rodriguez Reinoso, F. (2011). Universidad de Alicante. Recuperado el 11 de Septiembre de 2010, de Universidad de Alicante: http://www.ua.es/grupo/lma/web%20cyted/publicaciones/libro%20managua.pdf Sánchez, C., y Noemí, R. (2007). El Eucalipto: Una Opción de Alta Rentabilidad. M y M El mueble y la Madera.

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