La capacidad de adsorción un carbón activado

La capacidad de un carbón activado depende de diversos factores. Los principales se listan a continuación.

Factores relacionados con el carbón activado

Diámetro promedio de poros

El diámetro de los poros más adecuados para adsorber un compuesto debe ser de entre dos y cinco veces el diámetro de la molécula de dicho compuesto. Si es menor, la molécula no cabe. Si es mayor, el carbón mostrará preferencia por moléculas con mayor masa. Esto se debe a que, mientras mayor es la masa de una molécula, el carbón la adsorbe con mayor fuerza.

Distribución del tamaño de poros

Además de los poros en los que ocurrirá la mayor parte del fenómeno de adsorción, se requieren poros de transporte. Son de mayor diámetro que facilitan la difusión.

Área superficial

Ya que la adsorción es un fenómeno de superficie, a mayor área superficial, mayor será la capacidad de un carbón activado.

Química superficial

Un carbón activado puede producirse con diversos grados y tipos de oxidación. La oxidación de un carbón activado produce la formación de óxidos en los bordes de las placas grafíticas. Si los óxidos son de carácter ácido, atraerán moléculas básicas y rechazarán moléculas ácidas. Y viceversa.

Distribución de tamaño de partícula del carbón activado

El tamaño de partícula de un carbón, sea polvo, granular o pelet, afecta la cinética de adsorción. El área superficial de un carbón activado, prácticamente no se ve alterada por el tamaño de partícula promedio del carbón. Pero mientras menor es este tamaño, se acortan los poros del carbón, y aumentan las vías de acceso a los mismos. Esto aumenta sustancialmente la cinética de adsorción.

 

Factores relacionados con el adsorbato que requiere retenerse

Carácter iónico o covalente

El carbón activado, por ser un sólido covalente, adsorbe preferentemente las moléculas de mayor carácter covalente.

Presencia de grupos ácidos o alcalinos

Mientras más oxidado se encuentre un carbón activado, su química superficial incide más en que aumente o disminuya su preferencia por moléculas con grupos ácidos o básicos. El que aumente o disminuya esta preferencia, dependerá del carácter ácido o básico de los óxidos que forman parte del carbón, y de la presencia de grupos ácidos o básicos en el adsorbato.

Masa y tamaño molecular

El carbón activado prefiere las moléculas de mayor masa que quepan en sus poros.

Forma de la molécula (lineal, ramificada, cíclica)

Moléculas redondeadas, como las cíclicas o las ramificadas, entran con más facilidad en los poros. Moléculas más lineales entran con menos facilidad cuando su tamaño les permite ingresar a los poros del carbón solo que incidan con la orientación relativa adecuada. A este fenómeno se le conoce como efecto estérico o de orientación. 

 

Relacionados con el fluido que se va a tratar

Presencia de adsorbatos que no se requieren retener y que compiten con los que sí se requieren retener

A mayor competencia de moléculas que no requieren separarse del fluido, menor será el tiempo de vida útil del carbón activado.

Temperatura y viscosidad

En el caso de líquidos, a mayor temperatura, es menor la viscosidad, lo que aumenta la velocidad de difusión de los adsorbatos, tanto fuera como dentro de los poros. Este efecto casi siempre es más benéfico que la disminución de la capacidad de adsorción (que disminuye mientras mayor es la temperatura).

En el caso de gases, a mayor temperatura, la viscosidad es mayor. Esto es indeseable, porque dificulta la difusión de los adsorbatos. También es indeseable porque disminuye la capacidad de adsorción del carbón. Por lo tanto, es mejor que la temperatura sea baja.

pH de soluciones acuosas

El pH suele incidir de manera importante en la capacidad de adsorción de un carbón activado. Los adsorbatos que son ácidos débiles se adsorben mejor en soluciones de pH bajo. Los adsorbatos que son bases débiles se adsorben mejor en soluciones de pH alto.

El pH también afecta la velocidad de reacción entre el carbón activado y moléculas oxidantes (como cloro libre, ozono, peróxido de hidrógeno, permanganato de potasio…). Normalmente, a menor pH, la velocidad de reacción es mayor.

 

Relacionados con las dimensiones de la cama de carbón activado granular o pelet y con el flujo volumétrico instantáneo del fluido que se trata

Área de sección transversal al flujo y profundidad de la cama 

Mientras más esbelta es una cama de carbón, la turbulencia es mayor, lo que aumenta la difusión de los adsorbatos fuera de los poros del carbón. Además, aumenta relación entre la profundidad de la cama y la zona de transferencia de masa, lo que lleva a un mejor aprovechamiento del carbón.

Relación entre el volumen de la cama de carbón y el flujo volumétrico del fluido que se trata

Mientras mayor es esta relación, es mayor el tiempo de contacto entre el carbón y el fluido, lo que es deseable.

 

Relacionados con la turbulencia con la que se agita el tanque en el que se aplica el carbón activado en polvo a un líquido

Turbulencia de la agitación

A mayor turbulencia, aumenta la difusión de los adsorbatos en el exterior de las partículas de carbón. Esto es muy benéfico.

 

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Más información respecto a carbón activado aquí:

https://www.carbotecnia.info/aprendizaje/carbon-activado/que-es-carbon-activado/