Se describe la producción y caracterización de carbón activado a partir de cáscara de palma.

1. Producción de carbón activado
basado en cascaras de palma con
una distribución más homogénea
en el tamaño del poro
Operaciones Unitarias II
Karina Limón Long
14 de Mayo del 2014

2. • Título:
Producción de carbón activado basado en cascaras de palma con
una distribución más homogénea en el tamaño del poro.
• Autores :
A. Arami Niya
W.M.A Wan Daud
F.S Mjalli
Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Malaya en
Kuala Lumpur, Malasia.
• Revista:
Revista de Ciencias Aplicadas 10 (24): 3361-3366, 2010
de la Red Asiática de Información Científica.

3. Índice
•Definiciones
•Introducción
•Materiales y Métodos
•Resultados y Discusión
•Conclusión

4. DEFINICIONES

5. Carbón Activado
• Adsorbentes altamente cristalinos y una alta
porosidad.
• Se caracteriza por poseer una superficie específica con
una cantidad de poros muy finos que son los que
retienen (adsorben) ciertos compuestos no deseados.

6. Activación Química
• Deshidratación de la materia prima mediante la
acción de un químico como ácido fosfórico, cloruro
de zinc o carbonato de potasio.
• Se carboniza el material a temperatura media (500ºC
a 600ºC) obteniéndose así la estructura porosa.

7. Activación Física (Térmica)
Consiste en oxidar la
materia prima a altas
temperaturas (800°C y
1000 °C) en una atmósfera
inerte o reductora, casi
siempre saturada con
vapor de agua.

8. Teoría de BET(Brunauer-Emmett-Teller)
• Explica la adsorción física de moléculas de gas
en una superficie solida.
• Base de medición del área especifica de un
material.

9. INTRODUCCIÓN

10. Carbón Activado
• Área superficial interna y porosidad altamente
desarrollada
• Alta capacidad de adsorción para gases o
líquidos
• Almacenamiento y transporte de fluidos
dependen de la distribución del tamaño del
poro del material.

12. ClasificaciónIUPACdel Tamañodel Poro
TIPO Tamaño de Poro (A)
Ultramicroporo < o =7
Supermicroporo 7 a 20
Mesoporo 20 a 500
Macroporo > o = 500

13. Activación Química
• Baja temperatura de activación.
• Mayor rendimiento en producto de carbono.
• H₃PO₄ y ZnCl₂ genera mesoporosidad.
• Baja concentración permite el desarrollo de
microporos angostos.

14. Materia Prima
• Subproductos agrícolas como residuos su colocación
o eliminación es costosa y causa severos daños
ambientales.
• Alto y bajo contenido de cenizas de carbón.
• Diferencias en la composición del material
influencian en la estructura y la distribución del
tamaño del poro.

15. Estudio Actual
• Aceite de cáscara de palma como precursora (alta
densidad, alto contenido de carbón y poca ceniza).
• Carbón activado químicamente (baja concentración
H₃PO₄ y ZnCl₂).
• Muestras preparadas fueron calentadas bajo CO₂.
• C. A microporosos con gran área superficial y una
distribución de tamaño microporo angosta.

16. MATERIALES Y METODOS

17. Preparación
• La cascara se muele y tamiza a
una partícula de 1-2 mm (Lava
y seca).
• Una mezcla de Xp = 0.09 ó
Xzn = 0.25 se agitó a 85°C por
2 horas.
• Muestras impregnadas se
calientan de 450 a 500°C, por
2 horas bajo una velocidad de
flujo de N₂ de 100 ml/min.

18. • Los productos son
carbonizados a 900 °C por
1 hora.
• Se utiliza vapor de dióxido
de carbono a una
velocidad de flujo de 100
ml min⁻¹ por 1-7 horas
para obtener carbón
activado con diferentes
grados de quemado.

19. Caracterización
• Adsorción y desorción de nitrógeno a -196 °C.
• Áreas de superficie específicas fueron determinadas
acorde al método BET:

20. V= Volumen adsorbido a una presión relativa P/P₀
P₀= Presión de saturación (presión de vapor
liquido-gas a una temperatura de adsorción)
Vm= Volumen del gas (stp) requerido para formar
una monocapa de adsorbato
C= Constante relacionada a la energía de adsorción

21. • El volumen del microporo fue estimado usando la
ecuación Dubinin-Radushkevich (DR):
V= Volumen adsorbido a una presión relativa de P/P₀
V₀= Volumen del microporo
E= Energía de adsorción
Β= Coeficiente de afinidad de adsorbato
R= Constante universal de gas.

22. RESULTADOS Y DISCUSION

23. FIG 1. Isoterma de adsorción N₂ de carbón
activado por ZnCl₂, seguido por CO₂.

24. N₂ isoterma de adsorción
• Una meseta casi plana a altas presiones relativas( indica
materiales microporosos).
• Capacidad de adsorción incrementa con el incremento en el
tiempo de activación (ampliación en la micro porosidad).

25. Comercial vs CZ
• Muestras incluyen
microporos y el tamaño de
estos se amplían con el
incremento de la longitud
de activación.
• Tiempo de activación
incrementa la adsorción
de nitrógeno y el volumen
del microporo se agranda
también.
• Adsorbió una cantidad
menor de nitrógeno
• Pendiente de esta meseta y
el incremento en la
adsorción a altas presiones
relativas son las mayores
diferencias con las otras
muestras
• Rango más amplio de
microporos comparado con
las series CZ.

26. FIG. 2. Isotermas de adsorción de N₂ de
carbón activado por H₃PO₄ seguido de CO₂.

27. CP1,CP3,CP5 vs CP7
• Muestran la misma
forma de isoterma de
adsorción a bajo grado
de quemado.
• CP3 lograron una alta
capacidad de adsorción
comparado a CP1 a
presión relativa baja
(ampliación del
microporo).
CP7 revela un incremento
gradual en la adsorción de
nitrógeno:
• En este caso la adsorción de
nitrógeno es menos a baja
presión relativa (P/P₀ < 0.3).
• Incremento en adsorción a
presiones más altas y luego
resulta en una forma similar
a las otras mesetas (material
mesoporoso).

28. Distribución de tamaño del poro
• Heterogeneidad estructural del
material poroso
• Relacionada a características de
equilibrio y cinética de estos
materiales usados en
propósitos industriales.

29. FIGURA 3. Distribución de tamaño del poro de
carbón activado por ZnCl₂ seguidos por CO₂.

30. CZ vs Comercial
• Todas las curvas tienen su máximo al diámetro del poro
alrededor de 2 nm (microporos).
• CA comercial muestra un amplio rango de distribución de
tamaño del poro incluyendo mesoporos.
• CZ presentan más porcentaje de microporo y una distribución
de tamaño del poro más homogénea.

31. FIGURA 4. Distribución de tamaño del poro de
carbón activado por H₃PO₄ seguido por CO₂.

32. • Incrementando el tiempo de la activación térmica, la
distribución de tamaño del poro se amplía (mesoporosa
más de 2 nm).
• Incrementando la duración de activación de 1 a 7 hrs, el
volumen de mesoporo incrementa.
• La formación de microporos aumenta hasta 5 hrs de
activación
• El ensanchamiento de estos mesoporos se lleva a cabo
continuamente en todas las muestras.

33. CONCLUSIÓN

34. 1. La combinación de activación física y química
de cascaras de palma revela que las muestras
impregnadas de H₃PO₄ alcanzaron mayor área
de superficie y volumen de microporo que esas
preparadas utilizando ZnCL₂ .

35. 2. Usando pequeñas cantidades de ZnCl₂ y H₃PO₄ crea
poros pequeños que se pueden desarrollar
homogéneamente por activación física extra.
3. La combinación de activación física y química crea
una distribución de tamaño de poro mas homogénea.

36. ¡Gracias Por Su Atención!