¿Cómo elimina el carbón activado el cloro libre presente en el agua?

Eliminación de cloro libre:

La decloración consiste en un mecanismo complicado que puede seguir distintos caminos de reacción en los que el CA puede intervenir como reactivo o como catalizador.

El cloro libre puede adicionarse al agua en forma de cloro gas, solución de hipoclorito de sodio, o tabletas -gránulos- de hipoclorito de calcio. En cualquiera de estos casos, el cloro queda disuelto en forma de ácido hipocloroso (HOCl), un ácido débil que tiende a disociarse parcialmente, como sigue:

Las distribución entre ácido hipocloroso y ión hipoclorito () depende del pH y de la concentración de estas especies. A ambas formas moleculares se les define como cloro libre. Las dos son fuertes oxidantes que al ser adicionados al agua reaccionan de manera casi inmediata con impurezas orgánicas e inorgánicas, y ejercen un efecto biocida en los microorganismos.

El cloro que reacciona y el que interviene en esta etapa de desinfección, deja de ser libre y queda combinado y deja de ser libre. Una vez terminada esta etapa, es necesario eliminar el cloro libre residual, mediante carbón activado granular.

Cuando el carbón se expone al cloro libre, se llevan a cabo reacciones en las que el HOCl o el OCl- se reducen a ión cloruro (). Dicha reducción es el resultado de distintos caminos de reacción posibles. En dos de los más comunes, el CAG actúa de acuerdo con las siguientes reacciones:

en donde C* representa al carbón activado. C*O y C*O2 son óxidos superficiales, que poco a poco van ocupando espacios que, al quedar bloqueados, ya no participan en la reacción. Algunos de estos óxidos se liberan hacia la solución como CO y CO2. Esto vuelve a dejar espacios disponibles que por lo tanto aumentan la capacidad del CAG para esta reacción. En cuanto al , también se acumula en la superficie del carbón durante los primeros momentos de operación. Al seguir llegando HOCl o a la superficie del carbón, la reacción se hace un poco más lenta, y entonces se empieza a liberar el . Esta disminución de velocidad se debe al envenenamiento del carbón con los óxidos superficiales. Dicho envenenamiento continúa de manera gradual, mientras disminuye la capacidad, tanto de adsorción como de decloración del CA.

En las reacciones anteriores puede intervenir en lugar de HOCl, con la diferencia que no se produce H+. Puede observarse que el CA reacciona y por lo tanto desaparece. Si no hubiera acumulación de óxidos superficiales, la reacción continuaría hasta la desaparición completa del carbón.

¿Cuál es la capacidad de adsorción del carbón activado?

La capacidad de un carbón activado para retener una sustancia determinada no sólo está dada por su área superficial, sino por la proporción de poros cuyo tamaño sea el adecuado, es decir, un poco adecuado tiene un diámetro de entre una y cinco veces la molécula de que se va a adsorber. Si se cumple esta condición, la capacidad de un carbón activado puede ser de entre el 20% y el 50% de su propio peso.

¿Qué rango de tamaño de partícula es el más adecuado para cada aplicación?

En contra de lo que suele creerse, la capacidad de un carbón activado no aumenta por más pequeño que sea su tamaño de partícula. Esto se debe a que, por más fino que se muela un carbón, su área superficial prácticamente no aumenta (el área superficial se da a un nivel molecular inafectable por métodos mecánicos). No obstante, la cinética (velocidad de adsorción) sí aumenta sustancialmente al disminuir el tamaño de partícula del carbón. Esto se traduce en que, mientras menor es el tamaño de partícula de un carbón, se requieren camas más pequeñas para lograr un determinado desempeño.

Por otro lado, mientras menor es el tamaño de partícula de un carbón granular, mayor es la caída de presión y, por lo tanto, aumenta el costo para lograr el flujo a través del mismo. De lo anterior se concluye que en todos los casos debe usarse el menor tamaño de carbón, siempre y cuando sea mayor el beneficio de requerir una cama pequeña que el costo de hacer circular el fluido a través de la misma.

El aumento en la cinética de adsorción puede estimarse con la siguiente ecuación:

¿Por qué varía el pH del agua cuando se instala un carbón virgen?

Cuando un carbón se activa químicamente, es impráctico e innecesario que el fabricante elimine del producto final todo el químico utilizado. Por lo tanto, si el químico fue un ácido, disminuirá el pH de los primeros litros de agua que entran en contacto con el carbón. Ocurrirá lo contrario si el químico utilizado fue un álcali.

En el caso de un carbón activado térmicamente (sin la presencia de otros químicos que no sean vapor de agua y gases de combustión), aumenta el pH de los primeros litros de agua que se trata con el mismo. Esto se debe a que todos los vegetales tienen cantidades importantes de sodio, potasio, calcio y otros catiónes que, en el proceso de carbonización, permanecen en el carbón en forma de óxidos. Estos óxidos se convierten en hidróxidos al entrar en contacto con el agua, se disuelven en la misma y aumentan su pH.

Cuando no varía el pH de los primeros litros de agua que entran en contacto con un carbón, puede tratarse de un carbón de pH ajustado o de un carbón ultrapuro (libre de solubles).

¿Por qué debe usarse un carbón libre de solubles para recuperar solventes?

La recuperación de solventes consiste en adsorber un compuesto orgánico volátil (COV) en una cama de carbón activado granular, y en recuperarlo mediante la desorción del mismo, sin retirar el carbón del sitio, mediante vapor de agua que se hace circular a través de la cama, cada vez que el carbón se ha saturado.

Esta aplicación se realiza cuando el COV se encuentra en bajas concentraciones pero en muy grandes cantidades de aire. El carbón concentra el COV en su superficie, y en la etapa de desorción, lo deja escapar junto con un volumen pequeño de vapor de agua. Posteriormente, se condensa tanto el vapor de agua como el COV, y ambos se separan por decantación (si son inmiscibles) o por destilación.

En la etapa de desorción, se somete el carbón saturado con el COV a una alta temperatura, lo que puede provocar una ignición en la cama. Para disminuir las posibilidades de ignición, es necesario utilizar un carbón bajo en solubles.

Los solubles son óxidos de sodio, potasio y de otros metales, siempre presentes en un carbón virgen, que actúan como chispa y provocan la ignición de la cama de carbón saturado..

¿Qué tipo de carbón es el más adecuado para decolorar?

Los colores que se manifiestan en líquidos suelen ser moléculas de tamaño relativamente grande. Por lo tanto, se adsorben en poros grandes, lo que hace que los carbones más adecuados para retenerlos sean los de mayor macroporosidad.

Los carbones de madera, particularmente los de maderas no muy duras (como pino) que se activan químicamente, son los más macroporosos y, por lo tanto, son los más adecuados para decolorar.

El problema de estos carbones es que son poco duros y poco resistentes a la abrasión, lo que obliga a aplicarlos en forma de polvo. Cuando se requiere que el carbón decolorante sea granular, la mejor alternativa suele ser un carbón de lignita. Es el carbón mineral de mayor macroporosidad.

¿Qué tipo de carbón activado es el más adecuado para potabilizar agua?

Los contaminantes típicamente presentes en aguas de pozo suelen ser de bajo peso molecular y, para estos casos, el carbón más adecuado es uno de alta microporosidad. Los carbones que mejor cumplen con esta condición son, en primer lugar, los de concha de coco y, posteriormente, los minerales bituminosos..

¿Qué tipo de carbón activado es el más adecuado para purificar aire y gases?

Todos los contaminantes en estado gaseoso tienen diámetros moleculares menores a 2 nm. Esto significa que se adsorben preferentemente en microporos. Los carbones de concha de coco son los de mayor microporosidad y, por lo tanto, son los más usados en la purificación de aire y gases.