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The Dark Side of Carbon – Reactivación de carbones

By 9 diciembre, 2015Agua, Blog
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Como ya lo sabemos, el principal medio para retener contaminantes orgánicos en la superficie del Carbón Activado Granular (CAG), es el de la adsorción física y, como tal, es reversible. La teoría de adsorción señala que al cambiar las condiciones en las que se encuentra el carbón, se podrá lograr la desorción o desprendimiento de los adsorbatos retenidos, dejando libre su superficie.

La desorción, sin embargo, puede ser muy lenta y puede no llegarse a restablecer toda o casi toda la capacidad original del carbón. Por otra parte, la quimisorción implica una reacción química, por lo que las moléculas retenidas por este otro mecanismo se desprenden con estructuras moleculares completamente distintas de aquellas que tenía el adsorbato originalmente; finalmente, existen moléculas inorgánicas que no han sido adsorbidas pero que sí precipitan y se depositan en la superficie del carbón y cuya eliminación tampoco responderá a los métodos de desorción de moléculas adsorbidas físicamente.

Afortunadamente, la estructura grafítica del CA hace que este sólido sea muy estable bajo condiciones muy distintas. Resiste temperaturas elevadas, así como cambios bruscos de la misma, no se ve afectado por ácidos, álcalis ni muy diversos solventes, aunque reacciona con oxidantes fuertes. Basados en estas propiedades existen métodos llamados de reactivación o de regeneración, con los que pueden eliminarse adsorbatos de diversa naturaleza y sustancias orgánicas e inorgánicas depositadas en la superficie del carbón. Dependiendo del adsorbato o del contaminante en cuestión, habrá que elegir el método adecuado.

 

Un CA que se retira del proceso en el que se utilizó, se denomina carbón agotado, independientemente de que se deseche o de que se vaya a reactivar. Cuando un CAG va a reactivarse, es conveniente que el sistema de soporte del mismo sea de boquillas y no de camas de grava o arena, para evitar que el carbón se mezcle con cierta cantidad de partículas de dichos materiales. Mientras más duro es un carbón, menor porcentaje de éste se pierde a lo largo del ciclo de reactivación, ya que resiste mejor los esfuerzo mecánicos a los que se somete, empezando por el manejo y transporte del mismo.

A continuación les hablaremos un poco de los diferentes métodos para reactivar el carbón.

 

Reactivación con vapor de agua

Consiste en hacer circular vapor de agua a través de la cama de carbón, sin permitir que éste se condensa como en el caso de la sanitización con vapor. De esta manera se desorben moléculas orgánicas con una volatilidad menor o aproximadamente igual a la del agua- es decir, con temperatura de ebullición menor a 100 C, – a nivel del mar – y que habían sido retenidas por adsorción física. Es un método muy utilizado para recuperar solventes de carbones que los adsorbieron de una corriente de aire, ya que las moléculas desprendidas mantienen su estructura original. Como se menciona en la sección 1.7, el carbón ase somete a ciclos alternativos de adsorción-desorción. En el primero, se retiene el solvente hasta que el carbón se satura; en el segundo, se desorbe el solvente y la mezcla de éste y del vapor de agua se separa por decantación o destilación. En el caso de tratamiento de agua, la reactivación con vapor puede ser práctica cuando el contaminante consiste básicamente en olor o en compuestos de bajo peso molecular y, por lo tanto sea volátil. No es un método eficaz para el caso de carbón que se ha utilizao para declorar, ya que la mayoría de lo óxidos superficiales generados en dicho proceso están fuertemente ligados. Mientras mayor sea la presión del vapor utilizado, mayor será su temperatura y por lo tanto será capaz de desorber compuestos más pesados. La máxima presión a la que se maneja el vapor de una manera práctica es de 8 Kg/cm2 (absoluta a la que corresponde una temperatura de cerca de 170 C.

 

Reactivación con gases calientes

Es igual a la anterior, pero se utilizan gases de combustión. en el caso de algunos estudios científicos a nivel laboratorio, en los que se requiere reactivar sin la interferencia  de un gas oxidante, la desorción se lleva a cabo mediante un gas inerte que se calienta de manera indirecta. También puede lograrse un resultado más rápido o eficiente mediante vacío.

 

Reactivación térmica

Es el método más utilizado, ya que elimina prácticamente todos los contaminantes orgánicos retenidos por adsorción física o química. También remueve algunos compuestos inorgánicos y destruye óxidos y grupos superficiales. Por tanto, reactiva carbones utilizados en decloración o en la eliminación de cloraminas, permanganato de potasio, ozono y otros agentes oxidantes. Este método merece un apartado especial por lo que hablaremos en otra publicación con más detalle sobre este tipo de reactivación.

 

Reactivación con ácido

Cuando las partículas de un carbón presentan un color entre blanco y gris claro, lo más probable es que se encuentran envenenadas o bloqueadas con carbonato o con hidróxido de calcio. En estos casos, la reactivación térmica no logra eliminar dichos comounes; en cambio, un lavado en una solución ácida sí lo hace. Se puede utilizar cualquier tipo de ácido fuerte, pero el clorhídrico es el más común. Se prepara la solución de alrededor de 5 por ciento en peso y el carbón se inunda en ésta. El proceso de disolución de las sales de calcio es lento. El tiempo exacto varía dependiendo de qué tan impregnado se encuentra el carbón, pero puede estar entre 10 y 40 horas. Para lograr mayor rapidez, se calienta la solución a 60-70 C y se mantiene el proceso en agitación. Con esto el tiempo puede reducirse.

Una vez terminada la reactivación el carbón debe haber recobrado su color negro. Esto no se nota mientras el carbón se encuentra húmedo, por lo que debe tomarse una pequeña muestra y secarla con el mechero o con un encendedor.

 

Reactivación mediante la modificación del pH en solución acuosa

Cuando la capacidad de retención de un adsorbato específico depende del valor del pH, puede aprovecharse esta condición para desorberlo, regenerando así al carbón. Por ejemplo, el fenol se adsorbe en cantidades relativamente altas a valores de pH bajos y ocurre todo lo contrario a valores de pH altos. Así, si el CAG saturado con este compuesto se lava con una solución al 4 % de sosa, es posible disolver un buen porcentaje del mismo.

Este método solo se aplica en procesos muy específicos en los que el carbón ha adsorbido un solo compuesto, como el fenol.

 

Reactivación biológica

La reactivación biológica del CA sucede en el tratamiento de agua, ya que, como se ha descrito, las bacterias que se desarrollan en la superficie del carbón se alimentan de la materia biodegradable adsorbida. Este beneficio también puede lograrse en el CA una vez que éste se ha retirado del proceso de adsorción. Para lograrlo, el carbón se coloca en una columna por la que se recircula una solución aireada y rica en nutrientes en un principio a modo de cama expandida.

Este método ha encontrado aplicación en el ramo de tratamiento de aguas residuales, logrando 80 por ciento de regeneración en 96 horas; sin embargo, hasta el momento su uso no es frecuente.

 

Reactivación térmica a vació

Como su nombre lo indica, es una modalidad de la reactivación térmica en la que a presion atmosférica, sufrirían una pirólisis antes de desorberse. Con esto se busca recuperar el adsorbato y evitar su destrucción. Este proceso se aplica en muy raras ocasiones a escala industrial, debido al costo que significa el vacío. Sin embargo, se utiliza con frecuencia en estudios a escala en laboratorio.

Para cualquier duda o aclaración pueden escribirnos debajo de este Post. En Carbotecnia tenemos más de 10 años de experiencia en la reactivación de carbones, y con gusto los atenderemos.