1. El carbón activado.
El carbón activado o carbón activo es un elemento poroso que atrapa compuestos, en primer lugar, orgánicos, presentes en un gas o en un líquido. Lo hace con tal efectividad, que es el purificante más utilizado por el ser humano.
Por otro lado, los compuestos orgánicos se derivan del metabolismo de los seres vivos, y su estructura básica consiste en cadenas de átomos de carbono e hidrógeno. Entre ellos se encuentran todos los derivados del mundo vegetal y animal, incluyendo el petróleo y los compuestos que se obtienen de él.
A la propiedad que tiene un sólido de adherir a sus paredes una molécula que fluye, se le llama “adsorción”. Al sólido se le llama “adsorbente” y a la molécula, “adsorbato”.
Después de la filtración -que tiene por objeto retener sólidos presentes en un fluido-, no existe un sólo proceso de purificación con más aplicaciones que el carbón activado. El uso del carbón activado es el segundo método de separación más utilizado solo por debajo de filtración mecánica, lo que lo pone por encima de tecnologías más modernas como las membranas.
Sigue leyendo esta guía completa, para saber cómo funciona el carbón activado, sus principales aplicaciones, además si lees hasta el final encontrarás una tabla completa con referencias de artículos específicos a cada característica del carbón activado. Los temas que abordaremos son los siguientes:
- ¿Qué es el carbón activado?
- ¿Para qué sirve el carbón activado?
- ¿Dónde se consigue el carbón activado?
- ¿Cómo funciona el carbón activado?
- ¿A partir de qué materias primas puede obtenerse un carbón activado?
- ¿Cuál es la capacidad de adsorción del carbón activado?
- ¿Cómo funciona el carbón activado en la decloración?
- ¿Qué tipo de carbón es el más adecuado para decolorar?
- ¿Qué tipo de carbón activado es el más adecuado para purificar el agua?
- ¿Qué tipo de carbón activado es el más adecuado para purificar aire y gases?
2. ¿Para qué sirve el carbón activado?
(el carbón retiene plaguicidas, grasas, aceites, detergentes, subproductos de la desinfección, toxinas, compuestos que producen color, compuestos originados por la descomposición de algas y vegetales o por el metabolismo de animales…)
Por ejemplo: en respiradores de cartucho, sistemas de recirculación de aire en espacios públicos, venteos de drenajes y plantas de tratamiento de agua, casetas de aplicación de pinturas, espacios que almacenan o aplican solventes orgánicos.
El carbón activado se considera el “antídoto más universal”, y se aplica en salas de urgencias y hospitales.
- Refinación de azúcar.
El carbón retiene las proteínas que dan color al jugo de caña; el objetivo fundamental de este proceso es evitar que el azúcar fermente y se eche a perder.
- Decoloración de aceites vegetales.
(como el de coco). Glucosa de maíz y otros líquidos destinados a la alimentación.
- Decoloración y desodorización de bebidas alcohólicas.
(como vinos de uva y destilados de cualquier origen)
El oro que no se puede separar de los minerales por los procesos de flotación, se disuelve en cianuro de sodio y se adsorbe en carbón activado.
3. ¿Dónde se consigue el carbón activado? ¿Dónde comprar?
Puedes comprarlo en diversos sitios en México. Para adquirir carbón activado en pellet, granular y en polvo para uso cosmético puedes contactar a un experto aquí: [email protected]
También manejamos carbón activado para intoxicaciones e indigestión.
4. ¿Cómo funciona el carbón activado y cuáles son sus beneficios?
El carbón activado es un medio de adsorción, su función es adsorber moléculas orgánicas en sus micro poros. Se activa mediante procesos térmicos o químicos para ampliar su capacidad de adsorción (para lograr que se formen los poros).
Imagen de explicación de cómo funciona el carbón activado:
Por otro lado, el carbón activado es adsorbente no absorbente, como se muestra en la segunda imagen:
El carbón activado tiene la capacidad de adsorber. Entonces, algunas personas ponen carbón en el refrigerador para deshacerse de los malos olores. Lo mismo sucede cuando pones carbón en un balde con agua. Elimina el color, el sabor y el olor. O, en el campo, la gente quema y come tortillas para aliviar problemas digestivos (infecciones leves, indigestión, hinchazón, etc.).
El carbón activado implica hacerlo poroso para aumentar su absorbencia. Un gramo de carbón vegetal tiene una superficie de unos 50 metros cuadrados. Con la activación alcanza los 600 u 800 m2, es decir, aumenta de 12 a 16 veces.
Átomo de carbono.
Los átomos de carbono que componen el sólido que llamamos “carbono” se mantienen unidos por enlaces covalentes. Cada átomo comparte un electrón con otros cuatro átomos de carbono (recuerda que en un enlace iónico, los átomos electronegativos se roban uno o más electrones entre sí).
Los átomos que no están en la superficie distribuyen sus cuatro enlaces en todas las direcciones. Pero los átomos externos, aunque están unidos a otros cuatro átomos, se ven obligados a hacerlo en el espacio más pequeño, y todavía hay desequilibrios de poder dentro de ellos. Este desequilibrio es lo que hace que atrapen una molécula líquida que rodea al carbono.
La particularidad del átomo de carbono es que tiene la capacidad de ligarse con otros átomos de carbono a través de ligaduras simples, dobles y triples. Por lo que el número de moléculas que pueden existir con carbono es inmenso, de ahí que el estudio de la química se tenga que separar en química orgánica y química inorgánica.
Fuerza de London.
El sólido carbonoso, al estar dispuesto en placas grafíticas en un mismo plano, tiene un desequilibrio eléctrico. Este desequilibrio propicia la formación de una gran cantidad de dipolos en los átomos de carbono. El dipolo instantáneo por asimetría, al entrar en contacto con otra molécula equilibrada, formara un dipolo inducido. El dipolo inducido se ve retenido por el dipolo instantáneo, y si bien el dipolo instantáneo es un fenómeno que dura muy poco tiempo, se vuelve a formar constante y repetidamente en los átomos de carbono, lo que evita que la molécula retenida se escape.
La fuerza con la que un átomo de carbono retiene a otra en su superficie se conoce como “fuerza de London”, y es uno de los siete tipos de “fuerzas de van der Waals”. Es un enlace químico físico, lo suficiente como para contener el material adsorbente, pero no lo suficiente como para ser considerado un enlace químico irreversible que forma una nueva estructura molecular. Por lo tanto, la adsorción es reversible y el carbón activado puede reciclarse para su reutilización por medio de procesos de reactivación.
Como decíamos, las moléculas absorbidas por el carbono tienden a ser covalentes; Cambia de iónico, porque este último intentará robar o donar electrones al átomo de carbono. Los enlaces entre los átomos de carbono e hidrógeno son covalentes, por lo que el carbono es un buen adsorbente para las moléculas orgánicas.
No todas las moléculas orgánicas tienden a ser covalentes. A menudo contienen oxígeno, azufre y otros átomos muy electronegativos, dando una tendencia iónica a la parte de la molécula que los contiene. Por otro lado, no todas las moléculas inorgánicas son iónicas; También hay personas que tienden a ser covalentes. Tal es el caso del cianuro de oro, que hace del carbón activado un ingrediente fundamental en la extracción de este metal precioso.
5. Materias primas de las que se puede obtener carbón activado. ¿Cómo se forma el carbón?
Puede activarse cualquier partícula de carbón (en teoría). Sin embargo, si el carbón está muy ordenado (como es el caso del diamante o el grafito), es difícil eliminar algunos átomos de carbono para generar poros.
Una manera de clasificar carbones, se basa en el grado de “coquización” u ordenamiento de sus átomos de carbono. Mientras menos ordenados, el carbón es menos duro y puede activarse con mayor facilidad.
Carbón vegetal de cáscara de coco y de madera.
Las materias primas más utilizadas para fabricar carbón activado son: maderas poco duras (como la de pino), carbones minerales (ligníticos, bituminosos y de antracita) y cáscaras o huesos de vegetales (concha de coco, hueso de aceituna o de durazno, cáscara de nuez).
Los carbones activados fabricados a partir de maderas poco duras, forman poros de diámetro grande, y son en especial adecuados para decolorar líquidos.
Carbones minerales.
Este tipo de carbones se fabrican a partir de carbones minerales, tienden a formar una amplia gama de poros; suelen ser más adecuados para aplicaciones en las que los compuestos que buscan retenerse son de distintos tamaños moleculares.
Los que parten de cáscaras o huesos duros, forman poros pequeños, y se aplican en el tratamiento de gases o en la potabilización de aguas que provienen de pozos.
El carbón puede producirse en forma de polvo, de gránulos o de pelets cilíndricos.
El polvo sólo se aplica en la purificación de líquidos; el carbón se dosifica en un tanque con agitación y luego se separa del líquido por medio de un filtro adecuado para retener partículas pequeñas (como es el filtro prensa).
En el caso del carbón granular, se produce en diferentes rangos de partícula, que se especifican con base en la granulometría o número de malla. Una malla 4, por ejemplo, es la que tiene cuatro orificios en cada pulgada lineal. Se aplican, tanto en la purificación de líquidos como de gases.
Los pelets se aplican en el tratamiento de gases, ya que su forma cilíndrica produce una menor caída de presión.
Para el caso de que se desea un carbón granular o pelet, si la materia prima no es suficiente dura, se puede reaglomerar con un agente ligante que le imparte dureza para evitar que se rompa al paso del fluido.
Activar carbón: ¿Cómo se activa un carbón?
El carbón puede activarse mediante procesos térmicos o químicos. Los procesos térmicos para activar carbón consisten en provocar una oxidación parcial del carbón, para lograr que se formen los poros, pero evitando que se gasifique y se pierda más carbón del necesario. Esto ocurre a temperaturas que están entre los 600 y los 1100 °C, y en una atmósfera controlada (que se logra mediante la inyección de una cantidad adecuada de vapor de agua o de nitrógeno).
Los procesos químicos parten de la materia prima antes de carbonizarse. Los reactivos son agentes deshidratantes (como ácido fosfórico) que rompen las uniones que ligan entre sí a las cadenas de celulosa. Después de esta etapa, el material se carboniza a una temperatura baja (de unos 550 °C) y luego se lava para eliminar los restos de reactivo y de otros subproductos.
Los hornos en los que se activa un carbón térmicamente o en los que se carboniza un carbón con tratamiento previo con un químico, pueden ser rotatorios o verticales (de etapas).
6. ¿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 puede ser de entre el 20% y el 50% de su propio peso.
7. ¿Cómo funciona el carbón activado en la decloración?
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 de forma parcial.
La 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 Cl-, también se acumula en la superficie del carbón durante los primeros momentos de operación. Al seguir llegando HOCl o OCl- a la superficie del carbón, la reacción se hace un poco más lenta, y entonces se empieza a liberar el Cl-. 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.
8. ¿Qué tipo de carbón es el más adecuado para decolorar?
Los colores que se manifiestan en líquidos suelen ser moléculas de tamaño 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, en especial 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.
9. ¿Qué tipo es el más adecuado para purificar el agua?
Los contaminantes más usuales 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, en segundo lugar, los minerales bituminosos.
¿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).
10. ¿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 de mejor manera 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.
Existen los carbones activados de estructura modificada, carbón activado especial, que se utilizan cuando un carbón activado estándar no puede retener otros compuestos no orgánicos.
En Carbotecnia somos fabricantes y especialistas de carbón activado. Puede consultar los diferentes tipos que manejamos aquí.
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Pastillas o cápsulas de carbón activado y otros usos
En tiempos recientes se volvieron famosos diferentes productos que hacen uso del carbón activado para distintos tipos de objetivos, en algunos casos el carbón activado es usado para supuestamente adelgazar e incluso para cuidados faciales que probablemente puedan ser atendidos con soluciones más adecuadas. En este artículo vamos a revisar lo que las pastillas de carbón activado pueden hacer para nuestra salud.
Uno de los productos que se volvieron más famosos gracias a las redes sociales fueron las pastillas de carbón activado que han sido alabadas por mucha gente gracias a la variedad de funciones que esta poseen, muchos jóvenes mencionan que ellos las toman para librar la famosa cruda o resaca, otros argumentan que su uso les ha servido para bajar de peso, pero realmente funcionan estas revolucionarias pastillas de carbón activado.
Además: ¿Es recomendable utilizar el carbón activado como medicamento?
Continúa leyendo este artículo para conocer más:
https://www.carbotecnia.info/pastillas-de-carbon-activado/
Me gustó la info, muy util, me pueden ayudar a calcular la cama de carbón
si muy importante
Gracias por tu comentario Jorge…
EN MINERIA DE ORO CUAL ES LA RAZON QUE EL CARBON ADHIERA LA CAL Y NO EL ORO?
Hola Anyul, el carbón no adsorbe cal por sí solo, puede incrustarlo cuando haya una sobre saturación de cal en las soluciones que estén haciendo. Y puede que obstruya los poros del carbón por incrustación.
Necesito mejorar la apariencia del aceite de coco.
Que sea cristalino y brilloso.
Me comentaron que se logra con Carbón Activado.
Hola Alberto, recomendamos hacer pruebas con carbón activado en polvo de madera (activado con ácido fosfórico). Saludos.
Que efecto causa el carbón el óxido de grafeno? Gracias
Hola Hugo, el óxido de grafeno es un sólido y no puede decirse que el carbón activado lo atrape por adsorción. Podría atraparlo físicamente, lo mismo que otros sólidos porosos. De esto, no puede considerarse que el carbón activado sea un método para retener óxido de grafeno.
Tengo carbón activado en polvo varías toneladas me gustaría saber en qué poder utilizar
Buenos días., me gustaría saber el tipo de carbón activado para eliminar metales pesados del cuerpo humano, y si teneis bibliografía al respecto que me podais suministrar. Gracias
Hola Alberto.
El carbón activado no es una buena alternativa para tratar metales pesados en el cuerpo humano. Esto se debe a que el carbón activado retiene eficazmente las moléculas orgánicas, pero no los metales pesados a menos que estos estén ligados a una molécula orgánica.
Un cliente me solicita instalar un lecho de carbón activado para adsorver neblinas de aceite. (No me proporciona ficha técnica del aceite).
La neblinas vienen de un horno de temple, normalmente logran temperaturas de 450 grados centígrados.
Obviamente los gases de combustión y las neblinas de aceite (Supongo que también hay humos) salen por la entrada y salida del horno. Para lograr capturar la emisión se colocan campanas de extracción en la entrada y la salida de horno, por ende la temperatura de los gases debe disminuir, ya que el aire de captura actúa como aire de dilución.
Existe riego de incendio por el carbón?
Es correcto utilizar carbón activado para este tipo de neblinas?
Se considera que tendrá antes del lecho, filtros coalecedores. Esto puede ayudar a que la cantidad de aceite que llega al lecho, sea menor.
Tengo incertidumbre, porque veo el carbón en este caso como un riesgo. En una ocasión se me ocurrió evaporar COVs del carbón activado, metiendo una charola con cabon a una temperatura de 100 Grados Centígrados. Se me incendio. Después leí que el carbón también tiene la propiedad de acumular calor. Y asumí en su momento, que esa fue la razón de su Combustion. Lo asumí como combustión espontanea.
Sr. Francisco Armando:
Es importante mencionar que el carbón activado no adsorbe neblina de ningún tipo. Una neblina consiste en gotas submicrónicas de un líquido. Cuando una neblina choca con la pared de un sólido, la va impregnando y después de cierto tiempo tenemos una capa líquida que impregna la pared sólida. Esa capa líquida en poco tiempo impide que la corriente del gas en la que se encuentra la neblina tenga contacto con el sólido. Podría decirse, entonces, que el sólido atrapó la neblina. Es cierto, pero no lo hizo por adsorción, sino por aglomeración de una multidud de microgotas de neblina que terminaron formando una capa de líquido. De esto, es mejor utilizar un sólido más económico o más adecuado que el carbón activado; o un material recuperable, como lo es una “malla demister” que se lava y se vuelve a utilizar (este puede ser un tipo de filtro coalescedor, que provoca la coalescencia de las microgotas de neblina).
Al decir “un sólido más adecuado que el carbón activado” me refiero al hecho de que, en todo caso, sería mejor utilizar un medio granular que no sufra ignición. Podría ser, por ejemplo, una zeolita. No obstante, considero que es mejor considerar un filtro coalescedor. Hasta donde vamos, si lo que se busca retener es neblina de aceite, un carbón activado (granular, pélet, fibra, bloque o cualquier presentación) no es lo indicado.
En cuanto a la pregunta sobre el posible riesgo de ignición del carbón activado, en este caso no la hay por concepto de la exotermia de la adsorción, pero sí la hay en caso de que la temperatura de la mezcla de fugas del horno (que está a 400°C) y aire ambiente que también succiona la campana, alcance una temperatura alta. Un carbón activado tiene una temperatura de ignición de alrededor de 250°C. Si además de carbón está presente un material que entre en ignición a menor temperatura, la ignición puede iniciar antes. En este caso, al ser aceite, no cre que la ignición o curra a una menor temperatura. De lo dicho: si la mezcla de emisiones del horno más aire ambiente que entra a la campana puede alcanzar una temperatura igual o superior a 250°C, el carbón sí puede incendiarse.
Pasando a otro punto: cuando un carbón adsorbe compuestos (en fase líquida o gas), la adsorción siempre, siempre es exotérmica. Esto se debe a que, en fase gas, la molécula gasesosa adsorbida pasa a estado sólido (el sólido tiene menor energía interna que el gas, por lo que se emite calor); y en fase líquida, la molécula líquida adsorbida pasa a estado sólido (el sólido tiene menor energía interna que el líquido, por lo que se emite calor). En fase líquida, la exotermia de la adsorción se nota poco ya que los líquidos tienen una capacidad calorífica mayor que los gases. La temperatura aumenta décimas de °C o algunas unidades, que apenas se notan. No obstante, la adsorción en fase gas sí puede notarse mucho. Si un carbón activado trata aire que contiene una alta concentración de moléculas orgánicas, el aire tiene poca capacidad calorífica, no alcanza a enfriar la cama de carbón y esta puede entrar en ignición. Sobre todo si el adsorbato retenido tiene una temperatura de ignición baja (como es el caso de muchos COVs). Entonces, cuando el carbón activado se aplica en fase gas, si la concentración de compuestos adsorbibles es relativamente alta, el carbón puede sufrir ignición. Ocurren los incendios de camas de carbón activado. En el caso de tu cliente, esto no ocurrirá porque no habrá adsorción. En poco tiempo el carbón estará impregnado de una capa de aceite, y solamente habrá aportado su área superficial (área que, en todo caso, podía haber aportado una zeolita u otro medio granular poroso que no se incendie).
En cuanto a los humos que pueda haber presenes en las fugas del horno, el carbón activado tampoco los adsorbe. Los humos son partículas sólidas submicrónicas (y el carbón activado no adsorbe sólidos… los puede atrapar, pero será por bloqueo… y en ese caso, mejor usar un material más económico o más adecuado).
Lo que sí puede suceder es que las fugas del horno contengan COVs. Si fuese así (quizás están presentes pero no han sido un problema o no se han medido), entonces el carbón activado sí podría realizar una función importante. Si fuera el caso, primero habría que retener la neblina de aceite, los humos y luego colocar una cama de carbón activado. Y si este es el caso, estimo que no tendrán una concentración alta de COVs que aumente la posibilidad de que el carbón se incendie. Antes habría que ver que los gases se hayan enfriado lo suficiente: no solamente para evitar que el carbón alcance su temperatura natural de ignición (250°C) sino porque si la temperatura es muy alta, los COVs no se adsorben. Hay que tener una temperatura suficientemente menor a la temperatura de ebullición de los COVs a retener (al menos unos 10 a 20°C por debajo de la temperatura de ebullición).
Un saludo.