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Como citar este trabajoAn. 3. Enc. Energ. Meio Rural 2003
Influencia del tratamiento magnético sobre la activación de carbones provenientes de residuos lignocelulósicos
Luis Ernesto BrossardI; Benigno L. LabradaII; L. A.B. CortezIII
IFacultad de Ingeniería Química. Universidad de Oriente. Cuba
IIFacultad de Ingeniería Química. Universidad de Oriente. Cuba
IIIFEAGRI, UNICAMP,S.P.BRASIL
RESUMEN
El presente trabajo forma parte de una serie de investigaciones que persigue caracterizar físicamente carbones activados de Aserrín de madera, Bagazo de caña y Cáscara de arroz, obtenidos mediante un método químico–físico, y en los que su proceso de activación fue realizado con y sin la presencia del campo magnético.
Para ello se disponen de datos de adsorción de nitrógeno, del método de Korvarth–Kawazoe y de datos de porosimetría de mercurio de estos carbones, y se obtuvieron los valores del volumen de gas adsorbido (VM), el área superficial (AS), de la energía de adsorción (E1), así como las ecuaciones de Langmuir y BET.
En este trabajo se concluye que los valores de volumen de gas adsorbido (VM) y el área superficial (As) de los carbones activados con tratamiento magnético son superiores que en los sin tratamiento magnético del mismo material, siendo significativo este cambio en los carbones activados de Aserrín.
Palabras-claves: activación, magnetismo, carbón
RESUMO
O presente trabalho visa caracterizar fisicamente carvões ativados de cavacos de madeira, bagaço de cana-de-açúcar e casca de arroz, obtidos mediante um método químico - físico, sendo que o processo de ativação fã realizado na presença ou não de um campo magnético.
Para isto dispõe-se de dados de adsorção de nitrogênio, do método Korvarth-Kawazoe e dados de porosimetria de mercúrio destes carvões, e obtiveram-se os valores do volume de gás adsorvido (Vm), da área superficial (As), da energia de adsorção (E1) assim como as equações de Langmuir e BET.
Conclui-se que os valores de volume de gás adsorvido (Vm) e da área superficial (As) dos carvões ativados com tratamento magnético são superiores a aqueles obtidas para os carvões sem tratamento magnético, sendo significativa a diferença para os carvões ativados de cavacos de madeira.
INTRODUCCIÓN
Constituye nuestro interés caracterizar los carbones activados obtenidos de los materiales lignocelulósicos: aserrín de madera, bagazo de caña y cáscara de arroz entre otros existentes, los cuales constituyen desechos de diferentes industrias, mediante las isotermas de adsorción, obteniéndose información del proceso de adsorción, lo cual facilita determinar el volumen de gas adsorbido, el área superficial del adsorbente y la magnitud del calor de adsorción, además es de interés obtener la distribución del tamaño de poros; analizando en todos los casos la influencia del campo magnético en el proceso de adsorción de dichos carbones. Con relación a este último aspecto debe señalarse que el centro Nacional de Electromagnetismo Aplicado de la Universidad de Oriente, ha reportado resultados favorables en la aplicación del tratamiento magnético a los procesos de extracción. (BERENGUER, 2000)
Con este estudio se persigue, como objetivo general, la caracterización física de diferentes carbones activados obtenidos a partir de una serie de materiales lignocelulósicos tales como aserrín de madera, bagazo de caña y cáscara de arroz, obtenido mediante un nuevo método químico – físico desarrollado por investigadores de la Universidad de Oriente, (LABRADA VÁZQUEZ, 1998), Los objetivos específicos que se trazaron fueron:
• Determinar las características del sistema de adsorción mediante las isotermas de adsorción.
• Observar la posible influencia de la utilización del campo magnético durante el proceso de activación.
DESARROLLO
Aspectos teóricos
En las superficies sólidas existe un estado de desbalance de fuerzas moleculares o estado de insaturación que provoca que dichas superficies tiendan a complementar sus fuerzas residuales atrayendo y reteniendo en sus superficies gases o sustancias disueltas con las cuales esté en contacto, (ROQUE , 1987). Este fenómeno de aumento de la concentración en la superficie del sólido se llama adsorción. La sustancia así adsorbida en una superficie se designa como fase adsorbida o adsorbato, mientras que a la que está fijada, adsorbente.
Durante el proceso de adsorción no se produce penetración de las moléculas del adsorbato hacia el interior del adsorbente, ni tampoco existen moléculas del sólido inmersas en la fase adsorbida, (ROQUE , 1987). Las operaciones de adsorción son selectivas y por regla general reversibles, (KASATKIN, 1971; TREYBAL, 1985).
Los datos obtenidos aparecen reportados en Las Tablas 1-5.
Según (GLASSTONE, 1977), la capacidad adsorbente de sustancias diferentes para un gas dado, depende primariamente de sus superficies específicas.
La cantidad o volumen de un gas adsorbida por una cantidad definida de un adsorbente depende, según ( MATOS Y HING 1986), de la naturaleza del gas, la presión y la temperatura.
La adsorción de un gas sobre un sólido aumenta con la presión y a una presión dada disminuye con el aumento de la temperatura, ( MATOS Y HING 1986 ).
Procedimiento Experimental
El método de activación químico - físico se realizó en tres etapas: carbonización o pirólisis, lixiviación y activación. Luego de la carbonización o pirólisis, el carbón primario fue sometido a un proceso de pulverización y tamizado para disminuir su tamaño, posteriormente fue lixiviado con hidróxido de sodio (NaOH) bajo la acción de un campo magnético de baja intensidad, con la finalidad de eliminar los restos de alquitrán y otras impurezas provocando así la limpieza de los poros. A continuación fue lavado con agua hasta neutralización y seguidamente pasó a la etapa de activación donde se logró la eliminación del carbón amorfo, provocando así definitivamente la activación. A continuación fue sometido a un enfriamiento hasta temperatura ambiente y seguidamente fue lavado primeramente con ácido clorhídrico (HCl) para la eliminación de cenizas y luego con agua para su neutralización.
Caracterización de los carbones activados obtenidos
La caracterización de los carbones activados obtenidos, se realizó en el Departamento de Química Inorgánica de la Universidad de Alicante, España.
En las tablas 1 y 2 se observa que las características de los carbones activados, para cada materia prima estudiada, no han experimentado cambios significativos al comparar los resultados con ambos tratamientos, existiendo valores ligeramente superiores en la composición elemental de los carbones activados sin tratamiento magnético. Esto puede ser debido a una mayor extracción de sólidos solubles que ocurre en la etapa de lixiviación con tratamiento magnético.
En este trabajo se caracterizan físicamente 6 carbones activados: aserrín de madera, bagazo de caña y cáscara de arroz, activados con y sin tratamiento magnético, a los cuales se le realizaron adsorción con nitrógeno, el método de Horvarth–Kawazoe (H-K) y Porosimetría de mercurio.
En la tabla 3 se refleja que el volumen de gas adsorbido (VM), es mayor en los carbones activados con tratamiento magnético que en los que no tienen tratamiento magnético del mismo material; este aumento es significativo en el caso del C.A de Aserrín, ya que VM aumenta en un 152 %, siendo este aumento menor en los carbones activados de Bagazo de caña (26.2 %) y Cáscara de arroz (10.3 %), pero en todos los casos existe una tendencia a aumentar VM. Si se realiza una comparación de la superficie específica del sólido adsorbente AS entre los C.A con tratamiento magnético y los C.A sin tratamiento magnético del mismo material, se observa una tendencia al aumento de dicha área en los C.A con tratamiento magnético, siendo este aumento del 152.3 % en el C.A de Aserrín y por tanto significativo; el aumento de AS en los C.A de Bagazo de caña y Cáscara de arroz es menor, en el caso del C.A de Bagazo de caña aumenta en un 26.2 % y en el de Cáscara de arroz aumenta en un 10.3 %.
Los resultados del ajuste de los datos experimentales de los diferentes carbones activados a la ecuación BET se muestran en la tabla 4.
Estos resultados son similares a los obtenidos en el ajuste de estos datos a la ecuación de Langmuir, las diferencias (pequeñas) que se observan están dadas por las características intrínsecas de cada método, que estriban fundamentalmente en que la ecuación de Langmuir considera la formación de una capa unimolecular, mientras que la ecuación BET considera la formación primeramente de una capa de moléculas de adsorbato en la superficie del adsorbente y luego la adición de otras capas moleculares con el aumento de la presión. Se aprecia un incremento tanto de VM como de AS en los C.A con tratamiento magnético cuando los comparamos con los C.A que no tienen tratamiento magnético del mismo material, siendo este incremento mucho mayor en el C.A de Aserrín (158.9 %) y menor en los de Bagazo de caña (26.4 %) y Cáscara de arroz (10.5 %).
Debe señalarse que la materia prima juega un papel importante en el proceso de activación, tal como señalan Agüero y Labrada, (AGÜERO Y CALA, 1998 ; (LABRADA, 1998) que concluyen en sus trabajos que de los carbones analizados el de mayor calidad es el de Aserrín ya que presenta mayor porcentaje de carbono, menor de cenizas y mayor de adsorción. Esta puede ser una de las razones por las que VM y AS sean mayores, y aumenten más en uno que en otro tipo de carbón; pero debe subrayarse que la tendencia al aumento de VM y AS cuando el campo magnético interviene en el proceso de activación existe tal como se muestra en los resultados obtenidos.
En la tabla 5 se muestran los resultados del cálculo de las energías de adsorción para los diferentes carbones activados.
En los resultados de la tabla 5 se observa que la energía de adsorción en los carbones activados con tratamiento magnético es ligeramente superior que en los carbones activados sin tratamiento magnético, excepto en los carbones activados de Cáscara de arroz, en los que se observa un comportamiento diferente. Nótese que esta energía es mayor en los carbones activados que tienen mayor área superficial.
CONCLUSIONES
Al comparar los carbones activados de los diferentes materiales se concluye:
1.- La superficie específica (AS) y el volumen de gas adsorbido cuando la superficie del adsorbente está completamente cubierta por una capa unimolecular (VM), tanto por la ecuación de Langmuir como por la ecuación BET son mayores en los carbones activados con tratamiento magnético que en los carbones activados sin tratamiento magnético del mismo material, siendo significativo este cambio en el carbón activado de Aserrín.
2.- En todos los casos la superficie específica (AS) y el volumen de gas adsorbido (VM), calculados por la ecuación de Langmuir fueron ligeramente superiores a los calculados por la ecuación BET.
3.- Que la energía de adsorción en los carbones activados con tratamiento magnético es ligeramente superior que en los carbones activados sin tratamiento magnético, excepto en los carbones activados de Cáscara de arroz, en los que se observa un comportamiento diferente.
4.- Que esta energía de adsorción es mayor en los carbones activados que tienen mayor área superficial.
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