OBTENCIÓN DE CARBÓN ACTIVADO A PARTIR DE CASCARA DE SEMILLA DE EUCALIPTO (globulus labil) PARA LA REMOCIÓN DE FENOL, 4-NITROFENOL Y 4-CLOROFENOL DESDE SOLUCIÓN ACUOSA
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Este documento analiza la adsorción de derivados fenólicos como el fenol, 4-nitrofenol y 4-clorofenol en carbones activados preparados a partir de eucalipto. Los carbones activados variaron sus propiedades físico-químicas y presentaron áreas superficiales de hasta 300 m2/g. La adsorción de los compuestos fenólicos aumentó con la sustitución, alcanzando valores de hasta 200 mg/g. Las isotermas se ajustaron mejor al modelo de Langmuir, indicando adsorción en sitios especí
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OBTENCIÓN DE CARBÓN ACTIVADO A PARTIR DE CASCARA DE SEMILLA DE EUCALIPTO (globulus labil) PARA LA REMOCIÓN DE FENOL, 4-NITROFENOL Y 4-CLOROFENOL DESDE SOLUCIÓN ACUOSA
- 1. Juan Carlos Moreno Dr. Liliana Giraldo Dra. Nelson Giovanny Rincon Silva
- 5. Figura 1 Representación esquemática de un carbón activado. Tomada de “Adsorción Física de gases y vapores por carbones”. (Martínez, M, 1990:27)
- 6. POROS DIMENSIONES MICROPOROS Menores 2 nm ESTRECHOS 0.7 nm ANCHOS 0.7-2 nm MESOPOROS Entre 2-50 nm MACROPOROS Mayores 50 nm
- 7. Protección antiradiactiva en plantas nucleares Soporte catalítico y catalizador Separación de elementos metálicos Purificación de plasma sanguíneo Purificación de grasas y aceites Medicamento en la desintoxicación Decoloración y mejora de bebidas alcohólicas Tratamientos de aguas residuales Decoloración de licores de azúcar Purificación del aire Potabilización en el agua (Remoción de olor, color, sustancias químicas, bacterias)
- 8. Protección antiradiactiva en plantas nucleares Soporte catalítico y catalizador Separación de elementos metálicos Purificación de plasma sanguíneo Purificación de grasas y aceites Medicamento en la desintoxicación Decoloración y mejora de bebidas alcohólicas Tratamientos de aguas residuales Decoloración de licores de azúcar Purificación del aire Potabilización en el agua (Remoción de olor, color, sustancias químicas, bacterias)
- 9. Fenómeno de superficie que involucra la acumulación de sustancias sobre una superficie o interfase Fenómeno de superficie que involucra la acumulación de sustancias sobre una superficie o interfase
- 11. Eucalipto (Eucalyptus globulus) Precursor (Material lignocelulósico) Tiene 100 metros de altura y un diámetro de 2.5 metros. Corteza externa de color café oscuro escamosa. Corteza interna es lisa y café clara. Especie propia de bosque húmedo montano bajo y bosque seco.
- 12. Eucalipto (Eucalyptus globulus) Precursor (Material lignocelulósico) Tiene 100 metros de altura y un diámetro de 2.5 metros. Corteza externa de color café oscuro escamosa. Corteza interna es lisa y café clara. Especie propia de bosque húmedo montano bajo y bosque seco.
- 13. Fuente: Juan Carlos Moreno
- 14. Secado y trituración Precursor: Eucalipto Activación Química Impregnación cloruro de zinc y acido sulfúrico (NaOH – H3PO4) Carbonización 550 º C (N2) 10% m/V 25% m/V ACA10 28% V/V 10% V/V ACS10 ACS25 ACA28
- 16. Fuente: Autores
- 18. Carbón AB.E.T. (m2 g-1 ) Ecuación D.R. Vµporo (cm3 g-1 ) Vmesoporo (cm3 g-1 ) Vtotal (cm3 g-1 ) E0 (kJ mol-1 ) ACA10 120 0,084 0,511 0,595 6,920 ACA28 70 0,002 0,008 0,011 2,301 ACS10 220 0,125 0,005 0,130 8,354 ACS25 300 0,139 0,007 0,146 10,946
- 19. Tipos de grupos superficiales oxigenados en carbón activado. Tomada y adaptada de “Rodríguez Reinoso, Año 2007.
- 20. Carbón Acidez Total (meq g-1 ) Basicidad Total (meq g-1 ) pHPCC ACA10 0,116 0,110 6,5 ACA28 0,162 0,108 6,6 ACS10 0,057 0,178 6,9 ACS25 0,092 0,238 7,0
- 28. 4-NITROFENOL 4-CLOROFENOL Masa molecular: 139.1 g/mol Masa molecular: 128.6 g/mol Solubilidad en agua: 1.7 g/L Solubilidad en agua: 27 g/L Clasificación de Peligros NU: 6.1 Clasificación de Peligros NU: 6.1 Pka: 7.15 Pka: 9.37 Tamaño molecular: 6.84 x 4.17 Tamaño molecular: 6.47 x 4.17
- 32. Modelo de Langmuir Modelo de Redlich-Peterson Modelo de Dubinin- Raduskevich-Kaganer Modelo de Freundlich
- 33. Carbón Langmuir Freundlich Dubinin- Raduskevich-Kaganer Qmáx mg g-1 K (L mg-1 ) R2 kf (mg1-1/n L1/n g-1 ) 1/n R2 Qm DRK ES R2 ACA10 29,4 0,008 0,98 1,79 0,442 0,97 31,2 19,44 0,97 ACA28 21,7 0,008 0,98 1,64 0,387 0,97 22,2 17,78 0,97 ACS10 27,0 0,011 0,99 3,73 0,280 0,96 28,5 18,80 0,98 ACS25 55,5 0,010 0,98 2,84 0,436 0,97 48,5 19,44 0,98
- 34. Carbón Langmuir Freundlich Dubinin- Raduskevich-Kaganer Qmáx mg g-1 K (L mg-1 ) R2 kf (mg1- 1/n L1/n g-1 ) 1/n R2 Qm DRK ES R2 ACA10 17,5 0,014 0,99 4,92 0,175 0,99 15,1 9,76 0,96 ACA28 27,0 0,005 0,99 1,06 0,453 0,97 18,5 10,35 0,90 ACS10 55,0 0,007 0,99 5,59 0,312 0,96 45,4 11,36 0,98 ACS25 137,0 0,031 0,98 21,97 0,285 0,99 122,8 12,57 0,84
- 35. Carbón Langmuir Freundlich Dubinin- Raduskevich-Kaganer Qmáx mg g-1 K (L mg-1 ) R2 kf (mg1-1/n L1/n g-1 ) 1/n R2 Qm DRK ES R2 ACA10 77,0 0,016 0,98 13,29 0,244 0,99 56,5 21,14 0,90 ACA28 83,3 0,011 0,97 6,98 0,367 0,99 75,3 17,78 0,95 ACS10 125,0 0,028 0,99 28,44 0,216 0,96 101,6 22,36 0,93 ACS25 200,0 0,032 0,98 29,81 0,280 0,98 155,5 20,20 0,93
- 36. pH de solución de los sistemas 4-nitrofenol 4-clorofenol 6,5-7,1 6,9-7.7 6,7-7,0 6,1-6,4
- 38. Mecanismos de Adsorción: Interacciones - de dispersión: 4-clorofenol y 4-nitrofenol: anillo aromático paralelo a las capas grafenicas de la superficie del carbón Grupos Nitro y Cloro: Desactivadores del anillo aromático, por tanto mejoran las interacciones .
- 39. Mecanismos de Adsorción: Formación de puentes de H Grupo Nitro más hidrofóbicos que grupo Cloro Mecanismos de Adsorción: Formación de complejos donadores-aceptores de e-. Oxigeno grupo carbonilo de la superficie del carbón actúa como donador de e- y el anillo aromático del adsorbato actúa como aceptor.
- 40. 4-NITROFENOL 4-CLOROFENOL Solubilidad en agua: 1.7 g/L Solubilidad en agua: 27 g/L Tamaño molecular: 6.84 x 4.17 Tamaño molecular: 6.47 x 4.17
- 41. Poros extremadamente pequeños pueden ser inaccesibles para las moléculas de 4- nitrofenol (efecto tamiz molecular) La parte interior de los poros no puede ser alcanzado debido a la obstrucción de las moléculas adsorbidas Las moléculas no pueden ser compactadas en los poros debido a la introducción de grupos nitro
- 42. Se prepararon carbones activados mediante activación química, que varían sus propiedades fisicoquímicas, para las áreas superficiales aparentes se encontraron valores de 300 m2 g-1 para la muestra ACS25 y del orden de 70 m2 g-1 para ACA28, es decir mayores para los carbones activados con cloruro de zinc. Los carbones activados presentan valores para la adsorción de los derivados fenólicos del estudio de 55,5, 137,0 y 200,0 m2 g-1 para fenol, 4-nitrofenol y 4-clorofenol respectivamente, aspecto relacionado directamente con la distribución de tamaños de poro, química superficial de las muestras y el pH de la solución.
- 43. Las isotermas de adsorción ajustan a los modelos utilizados, no obstante se obtiene un mejor ajuste en el modelo de Langmuir, de manera que se puede afirmar que la adsorción se presenta en sitios específicos localizados sobre la superficie del adsorbente y que posiblemente no exista interacción entre las moléculas de fenol adsorbidas adyacentes. La adsorción se favorece para los derivados monosustituidos respecto del fenol, porque la química superficial, las propiedades texturales de los carbones y la solubilidad de los compuestos favorecen la adsorción de derivados fenolicos sustituidos
- 44. Se analizaron los mecanismos de adsorción, donde se demuestra que la interacción de los electrones tiene un papel fundamental, por encima del mecanismo de formación de complejos donadores-aceptores de e-. El adsorbato que más se retuvo en los carbones activados fue el 4-clorofenol, debido principalmente al bajo impedimento estérico del grupo cloro.
- 45. Este trabajo se realizó gracias al convenio entre la Universidad de los Andes y la Universidad Nacional de Colombia, y a los departamentos de Química de las Universidades mencionadas
- 46. A.C. Lua, Q.P. Jia, Adsorption of phenol by oil-palm-shell activated carbons in a fixed bed, Chem. Eng. J. 150 (2009) 455–461. M. Radhika, K. Palanivelu, Adsorptive removal of chlorophenols from aqueous solution by low cost adsorbent-kinetics and isotherm analysis, J. Hazard. Mater. B138 (2006) 116–124. Qing-Song Liu, Tong Zheng, Peng Wang , Ji-Ping Jiang, Nan Li Adsorption∗ isotherm, kinetic and mechanism studies of some substituted phenols on activated carbon fibers, Chemical Engineering Journal 157 (2010) 348–356 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 L. Li, P.A. Quinlivan, D.R.U. Knappe, Effects of activated carbon surface chemistry and pore structure on the adsorption of organic contaminants from aqueous solution, Carbon 40 (2002) 2085–2100.]. A.P. Terzyk, Molecular properties and intermolecular forces—factors balancing the effect of carbon surface chemistry in adsorption of organics from dilute aqueous solutions, J. Colloid Interface Sci. 275 (2004) 9–29.]. T. Vasiljevic, J. Spasojevic, M. Bacic, A. Onjia, M. Lausevic, Adsorption of phenol and 2,4-dinitrophenol on activated carbon cloth: the influence of sorbent surface acidity and pH, Sep. Sci. Technol. 41 (2006) 1061–1075.
- 47. Y.S. Al-Degs, M.I. El-Barghouthi, A.H. El-Sheikh, G.M.Walker, Effect of solution pH, ionic strength, and temperature on adsorption behavior of reactive dyes on activated carbon, Dyes Pigments 77 (2008) 16–23.] D. Tang, Z. Zheng, K. Lin, J. Luan, J. Zhang, Adsorption of p-nitrophenol from aqueous solutions onto activated carbon fiber, J. Hazard. Mater. 143 (2007) 49–56. A. Dabrowski, P. Podkoscielny, Z. Hubicki, M. Barczak, Adsorption of phenolic compounds by activated carbon—a critical review, Chemosphere 58 (2005) –1070 Sánchez, C., y Noemí, R. (2007). El Eucalipto: Una Opción de Alta Rentabilidad. M y M El mueble y la Madera. Boehm H,P. Some aspects of the surface chemistry of carbon blacks and other carbons. Carbon, 32, 759- 769 (1994 Kosmulski M.. pH dependent surface charging and point of zero change. J. Colloid Interface Sci., 275, 214-224 (2004) Navarrete, L.F.; Giraldo, L.; Moreno, J.C. Influencia de la química superficial en la entalpía de inmersión de carbones activados en soluciones acuosas de fenol y 4- nitro fenol. Rev. Colomb. Quím., 35, 215-224 2006) ). Blanco D.A. Giraldo-Gutiérres L &Moreno Piraján J.C. (2008). Estudio de la entalpía de inmersión y de la adsorción de fenoles hidroxilados desde solución acuosa sobre carbón activado. Afinidad. (LXVI), 314-319.