Síntesis de carbón activado proveniente de semillas de Eucalipto por activación física y química

1 Facultad de Ciencia y Tecnología, Departamento de Química, Universidad Pedagógica Nacional 2 Facultad de
Ciencias, Departamento de Química, Universidad Nacional de Colombia. 3 Facultad de Ciencias, Departamento de
Química, Grupo de Investigación de Sólidos Porosos y Calorimetría, Universidad de Los Andes, Bogotá, Colombia
Synthesis of activated carbon from Eucalyptus seed physical and chemical activation
Síntesi de carbó activat provinent de llavors d’eucaliptus per activació física i química
Recibido: 11 de julio de 2011; Revisado: 4 de junio de 2012; aceptado: 18 de junio de 2012
RESUMEN
Síntesis de carbón activado
proveniente de semillas de Eucalipto
por activación física y química
L.C. Mojica-Sánchez 1, W.M. Ramirez-Gomez1, N.G. Rincón-Silva 1,
D.A Blanco-Martínez 1, L. Giraldo2, J.C. Moreno-Piraján3*
En esta investigación se sintetizan y caracterizan carbo-nes
activados provenientes de cáscara de semillas de Eu-calipto
(Eucalyptus globulus Labill), empleando activación
química con H3PO4 como agente deshidratante y activa-ción
física con CO2 como agente oxidante.
Los carbones se caracterizaron texturalmente mediante
isotermas de adsorción de nitrógeno a 77K, y mediante el
método del área aparente, B.E.T. y el método de Dubinin
Radushkevich fue utilizado para calcular el volumen de
microporos. También fueron caracterizadas las muestras
químicamente realizando titulaciones de Boehm, espec-troscopía
infrarroja y pH en el punto de carga cero. Se
determina que los carbones activados químicamente tie-nen
mayor área superficial aparente (1858 m2 g-1) y mayor
contenido de sitios ácidos en la superficie (0,135meq g-1).
También fueron determinadas las entalpías de inmersión
en ácido y base por calorimetría de inmersión, encontran-do
una buena correlación entre los grupos superficiales
presentes en cada muestra y la entalpía de inmersión de
los carbones activados. Finalmente, se estudió la capaci-dad
de adsorción de fenol sobre los carbones activados.
Se encontró que los carbones activados químicamente
tienen mayor capacidad de adsorción, con un valor de 128
mg g-1 respecto a las muestras activadas físicamente con
un valor de 89,70 mg g-1.
Palabras clave: Adsorción, área superficial aparente, car-bón
activado, entalpía de inmersión.
SUMMARY
This research synthesized and characterized activated
carbons from Eucalyptus seed husk (Eucalyptus globulus
Labill), using chemical activation with H3PO4 as a dehy-drating
agent and physical activation with CO2 as the oxi-dizing
agent. Texturally characterized carbons using nitro-gen
adsorption isotherms at 77K, using the method of the
apparent area, BET Dubinin and Radushkevich method for
the volume of micropores, besides chemically characte-rized
by Boehm titrations, infrared spectroscopy and pH
at the point of zero charge. We found that the chemica-lly
activated carbons have a higher apparent surface area
(1858 m2 g-1) and higher content of acid sites on the surfa-ce
(0.135 meq g-1). It also determined the enthalpies of im-mersion
in acid and base by immersion calorimetry, found
a good correlation between the surface groups present in
each sample and the enthalpy of immersion of activated
carbons. Finally, we studied the adsorption capacity of
phenol on activated carbons, using phenol as the adsor-bate.
We found that the chemically activated carbons have
higher adsorption capacity, with a value of 128 mg g-1 for
samples physically activated with a value of 89.70mg.g-1.
Keywords: Adsorption, apparent surface area, activated
carbon, enthalpy of immersion.
RESUM
En aquesta investigació es sintetitzen i caracteritzen car-bons
activats provinents de closca de llavors de Eucalip-tus
(Eucalyptus globulus Labill), emprant activació quími-ca
amb H3PO4 com a agent deshidratant i activació física
amb CO2 com a agent oxidant.
Els carbons es van caracteritzar texturalment mitjançant
isotermes d’adsorció de nitrogen a 77K, i mitjançant el
mètode de l’àrea aparent, B.E.T., i es va utilitzar el mè-tode
de Dubinin Radushkevich per calcular el volum de
microporus. També es van caracteritzar les mostres quí-micament
mitjançant valoracions de Boehm, espectroscò-pia
infraroja i pH en el punt de càrrega zero. Es determina
*Autor para la correspondencia:
jumoreno@uniandes.edu.co
Afinidad LXIX, 559, Julio - Septiembre 2012 203

que els carbons activats químicament tenen una major
àrea superficial aparent (1858 m2g-1) i un major contingut
de llocs àcids en la superfície (0,135meq g-1). També es
van determinar les entalpies d’immersió en àcid i base per
calorimetria d’immersió, i es va trobar una bona correla-ció
entre els grups superficials presents en cada mostra
i l’entalpia d’immersió dels carbons activats. Finalment,
es va estudiar la capacitat d’adsorció de fenol sobre els
carbons activats. Es va trobar que els carbons activats
químicament tenen una major capacitat d’adsorció, amb
un valor de 128 mg g-1, respecte a les mostres activades
físicament, amb un valor de 89,70 mg g-1.
Paraules clau: adsorció, àrea superficial aparent, carbó
activat, entalpia d’immersió.
1. INTRODUCCIÓN
Los procesos de urbanización e industrialización que se
han realizado en forma general en todos los países y que
han aportado grandes beneficios a la población, han ge-nerado
también serios problemas ambientales como: la
alteración de los ecosistemas, el manejo inadecuado de
recursos naturales, la contaminación ambiental y daños a
la salud humana (1) (2).Un claro ejemplo de contaminación,
es la presencia de compuestos orgánicos en fuentes hídri-cas,
los cuales representan un serio peligro para el medio
ambiente y en particular para la salud humana. La gran
mayoría de ellos son tóxicos, cancerígenos y resistentes
a la biodegradación natural (3). Estos compuestos se pue-den
eliminar del agua mediante varios procesos, dentro de
los cuales se destaca la adsorción sobre carbón activado,
que es una tecnología disponible para eliminar contami-nantes
orgánicos como: solventes aromáticos, surfactan-tes,
compuestos fenólicos, pesticidas, herbicidas, aminas
aromáticas y alifáticas y colorantes orgánicos solubles,
desde soluciones acuosas (4).
El carbón activado es un adsorbente versátil y eficiente
para remover compuestos orgánicos en fase acuosa. Su
capacidad de adsorción se debe no solamente a su gran
área específica, sino también a su naturaleza química, la
cual depende considerablemente del proceso de activa-ción
empleado para prepararlo (3). Cualquier material orgá-nico
con proporciones altas de carbono es susceptible de
ser transformado en carbón activado. Los carbones acti-vados
obtenidos industrialmente pueden provenir de ma-dera
y residuos forestales u otro tipo de biomasa así como
de diferentes polímeros y fibras naturales o sintéticas (5) (6).
La adsorción de una sustancia consiste en su acumula-ción
sobre una determinada superficie, dando como resul-tado,
la formación de una película líquida o gaseosa en la
superficie de un cuerpo sólido. En el interior del material,
todos los enlaces químicos de los átomos constituyen-tes
están saturados. En cambio, la superficie representa
una discontinuidad de esos enlaces. Para estos enlaces
insaturados, y que son energéticamente favorables para
reaccionar con los que se encuentren disponibles y por
ello, la adsorción se produce de forma espontánea. La na-turaleza
exacta del enlace, depende de las propiedades
de las especies implicadas, pero el material adsorbido es
generalmente clasificado como fisisorbido o quimisorbido.
Para este proceso se usan materiales con una gran super-ficie
interna, como el carbón activado, que también asocia
otros fenómenos de transporte de material, como el macro
y micro transporte de las especies a adsorber (5) (6).
En este trabajo se sintetizaron cuatro muestras de carbón
activado proveniente de la cáscara de semilla de Eucalip-to,
haciendo uso de la activación química y física, con el
fin de comparar las propiedades adsorbentes según los
dos métodos de activación utilizados. En la activación
química se usaron diferentes concentraciones de H3PO4;
mientras que en la activación física se modificaron los
tiempos de residencia de las muestras durante el proceso
de activación. La caracterización del carbón activado en
cuanto a su química superficial y la porosidad, se realizó
por técnicas como determinación de acidez y basicidad
total, punto de carga cero, espectroscopia de infrarrojo e
isotermas de adsorción en fase gas. Finalmente los mate-riales
obtenidos se pusieron a prueba en la adsorción en
fase acuosa de fenol.
2. MATERIALES Y MÉTODOS
2.1 TRATAMIENTO DEL PRECURSOR
Las semillas de eucalipto, utilizadas como precursor lig-nocelulósico
fueron recolectadas en la cuidad de Bogotá
(Colombia), en el parque la Independencia. Inicialmente
estas semillas fueron trituradas usando un molino conven-cional,
con previa partición manual de la semilla, de ma-nera
que ésta pueda entrar en el molino. Posteriormente
fueron tamizadas a un tamaño de partícula de 4 mm.
2.2 ACTIVACIÓN
Las muestras se obtuvieron por dos vías de activación:
química y física. En la figura 1, se muestra un esquema del
procedimiento de activación y a continuación se descri-ben
detalladamente, cada uno de estos procedimientos.
Figura 1. Diagrama síntesis de carbón activado pro-veniente
de cáscara de semillas de Eucalipto.
204 Afinidad LXIX, 559, Julio - Septiembre 2012

2.2.1 Activación Química de las Muestras
La cascara de semilla de Eucalipto se impregnó con so-luciones
de H3PO4 a dos concentraciones diferentes, con
el fin de variar el contenido de agente deshidratante. Des-pués,
las muestras fueron secadas en estufa a 105 °C,
durante un periodo de 12 horas. Las condiciones contro-ladas
en la impregnación fueron:
• Concentración del ácido: 30 y 80 % v/v.
• Relación de impregnación del ácido y la muestra: 200
mL de ácido/100 g Muestra.
Después se procedió a la carbonización de las muestras
en atmosfera de Nitrógeno, en un horno horizontal marca
Thermolyne F79300. Se utilizó una celda de cuarzo con
capacidad aproximada de 150 gramos de material ligno-celulósico.
Las condiciones experimentales controladas fueron:
• Flujo de N2: 100 cm3min-1
• Velocidad del calentamiento: 5°C min-1
• Tiempo de residencia: 2 horas
• Temperatura final: 400°C
2.2.2 Activación Física
Se carbonizaron muestras de cascara de semilla de eu-calipto
con las mismas condiciones empleadas durante la
carbonización de las muestras activadas químicamente.
Posteriormente, el carbonizado obtenido se activó física-mente,
empleando como gas oxidante el CO2. Las condi-ciones
experimentales fueron las siguientes:
• Velocidad del calentamiento: 5°C min-1
• Flujo de CO2: 100 cm3min-1
• Tiempo de residencia: 1 ½ y 3 horas.
• Temperatura de activación: 900°C
El carbón activado resultante se almacenó en recipientes
plásticos. Las muestras fueron denominadas como CAE,
30 y 80, para las activadas químicamente a las respectivas
concentraciones; y 9001 y 9003, para las activadas físi-camente
a 900°C y tiempos de residencia de 1 y 3 horas.
2.3 CARACTERIZACIÓN
2.3.1 Análisis Termogravimétrico del precursor
La semilla de Eucalipto, fue calentada hasta 1200°C, con
una rampa de temperatura de 10°C/min y en flujo de nitró-geno.
El análisis se realizó en un equipo TG-DSC Netzsch
STA 409 PC, obteniendo valores de porcentaje de pérdida
de masa en función de la temperatura.
2.3.2 Análisis próximo del precursor y de los CAE ob-tenidos
La determinación de humedad de las muestras se realizó
de acuerdo a la norma ASTM 2867 revisión 2004. El aná-lisis
del contenido de materia volátil de las muestras se
realizó de acuerdo con la norma ASTM 5832 revisión 2003.
El contenido total de cenizas se determinó de acuerdo con
la norma ASTM 2866 revisión 2004. El contenido de car-bono
fijo se determinó por diferencia respecto a los demás
ensayos del análisis próximo.
2.3.3 Química superficial
Se empleó el método de las titulaciones de Boehm (1) para
la determinación de sitios básicos y ácidos en la superficie
del carbón. El pH en el punto de carga cero se determi-nó
usando un pH meter CG840B Schott. Finalmente se
realizó análisis infrarrojo en un equipo Termo-Nicolet FT-IR
Nexus para conocer la química superficial de dichas
muestras.
2.3.4 Área superficial aparente y porosidad
Se desorbieron 100 mg de cada una de las muestras du-rante
3h, hasta alcanzar una presión de vacío de 0,5 mto-rr,
Posteriormente se tomaron isotermas de adsorción de
nitrógeno a 77K (7) y a partir de los resultados obtenidos,
se calculó el área superficial aplicando el modelo B.E.T; el
volumen de microporos, se calculó usando el modelo de
Dubinin-Radushkevich. Las isotermas fueron tomadas en
un Autosorb 3B, Quantachrome Co.
2.3.5 Calorimetría de inmersión
Las calorimetrías de inmersión se realizaron en un micro-calorímetro
de conducción de calor tipo Calvet, de cons-trucción
local. Se permitió que la muestra y el líquido de
mojado llegaran al equilibrio térmico y posteriormente, se
dejaron entrar en contacto por la inmersión del sólido den-tro
del líquido. Ésta inmersión produjo un pico equivalente
al calor de inmersión en el respectivo líquido de mojado.
Los líquidos de mojado que se usaron fueron soluciones
de ácido clorhídrico 0,1 N e hidróxido de sodio 0,1N, pre-viamente
estandarizadas.
2.4 APLICACIÓN DEL CARBÓN ACTIVADO
Se utiliza el sistema fenol-CAE para evaluar la adsorción
de éste contaminante en los carbones obtenidos en esta
investigación. La concentración de Fenol en equilibrio, en
cada solución después de la adsorción, fue determinada
usando como referencia una curva de calibración de so-luciones
de fenol conocidas, en un equipo espectrofoto-métrico
UV –VIS Milton Roy Co, Spectronic Genesys SN.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1 Análisis Termogravimétrico del precursor
En la figura 2 se muestra el porcentaje de masa perdida
del precursor en función de la temperatura. Se observan
tres perdidas de peso considerables, la primera ocurre
a una temperatura de 90 °C que se asocia a la perdida
de humedad del material y equivale aproximadamente a
una pérdida de peso del 8 %. Seguida a ésta, se obser-va
una pérdida de peso equivalente a 37 % del material,
la cual ocurre a una temperatura aproximada de 200°C.
Ésta pérdida generalmente se asocia a la descomposición
por pirolisis del material precursor y permite concluir que
se presenta una alta pérdida del material, lo que afecta el
rendimiento que se pueda obtener en los procesos de car-bonización
y activación. Para temperaturas más elevadas
continua la pérdida del material hasta llegar a 800°C, tem-peratura
a la que se obtiene el residual final del material
que es aproximadamente de 33% de masa.

Figura 2. Análisis termogravimétrico del precursor
3.2 Análisis Próximo del precursor
Tabla 1. Análisis próximo del precursor
Análisis Próximo (% en peso)
Muestra Humedad (a) Materia
Volátil (a) Cenizas (a) Carbono
Fijo (b)
Cáscara de
Eucalipto 13,56 4,60 3,40 78,44
La cáscara de semilla de eucalipto presenta un contenido
relativamente bajo de humedad, esto indica que no ab-sorbe
gran cantidad de agua del ambiente; el bajo conte-nido
de cenizas 3,40%, confirma una pequeña presencia
de contenido inorgánico. Se encuentra un bajo porcentaje
de materia volátil 4,60% asociado a su alto contenido de
heteropolisacaridos (hemicelulosa y lignina) que está aso-ciado
a el porcentaje de carbono fijo78, 44% (ver Tabla 1).
3.3 Análisis próximo del carbón activado
Tabla 2. Análisis próximo del carbón activado
Análisis Próximo (% en peso)
Muestra Humedad (a) Materia
Volátil (a) Cenizas (a) Carbono
Fijo (b)
CAE9001 10,01 22,04 14,47 53,48
CAE9003 10,89 25,08 12,67 51,36
CAE30 11,13 13,16 3,610 72,10
CAE80 6,530 12,21 1,810 79,45
En la Tabla 2 se observa que el contenido de humedad
varía entre 6,53 y 11,13 %. Los contenidos de humedad
se deben principalmente a las condiciones ambientales y
de almacenamiento del carbón activado, pues al ser un
sólido poroso adsorbente retiene la humedad del aire en
su superficie.
Se observa que para las muestras activadas físicamente
(CAE9001 y CAE9003) se obtuvo mayor contenido de ce-nizas
14,47 y 12,67% en comparación con las muestras
activadas químicamente (CAE30 y CAE80) 3,61 y 1,81%,
este comportamiento es debido a los tratamientos térmi-cos
prolongados y a las altas temperaturas, enriquecen el
contenido de cenizas con respecto al carbonizado. El bajo
contenido de cenizas en las muestras activadas química-mente,
se justifica en que ocurre disolución de algunos
componentes inorgánicos durante la impregnación con el
ácido. El efecto que pueda tener este contenido de com-puestos
inorgánicos sobre el proceso de adsorción sobre
el carbón activado, es importante puesto que éstos modi-fican
las interacciones de la superficie del carbón con la
molécula que se quiere adsorber.
El contenido de materia volátil también es mayor para las
muestras activadas físicamente 22,04 y 25,08% esto se
debe a la alta temperatura a la que fue sometido el mate-rial
(900ºC), lo cual explica el bajo contenido de carbono
fijo que presentan las muestras 53,48 y 51,36%. Para las
muestras activadas químicamente se presenta bajo con-tenido
de materia volátil 13,16 y 12,21% debido a la eli-minación
de algunos grupos superficiales durante su ac-tivación,
Esto se manifiesta en la eliminación de oxígeno,
y explica también su alto contenido de carbono fijo 72,10
y 79,45%.
3.4 Área superficial y porosidad
En las figuras 3 y 4 se muestran las isotermas de adsor-ción
de Nitrógeno para las muestras CAE30 y CAE9001,
respectivamente, El área superficial de cada muestra, fue
calculada con el modelo BET, el cual considera las fuer-zas
de atracción de van de Waals como responsables del
proceso de adsorción, haciendo referencia al fenómeno
de fisisorción.
Figura 3. Isoterma de N2 a 77 K, muestra CAE30
Figura 4. Isoterma de N2 a 77 K muestra CAE9001
De acuerdo a las isotermas obtenidas por la fisisorción de
N2, se puede observar, que todos los carbones activados
obtenidos en este trabajo, se ajustan a la isoterma tipo
I o tipo Langmuir de acuerdo a la clasificación de la IU-

PAC, donde se observa un mayor volumen adsorbido a
presiones relativas bajas, característica de sólidos micro-porosos,
La parte siguiente de la isoterma no es comple-tamente
lineal, fenómeno que indica la continuación del
proceso de adsorción a presiones relativas altas debido
a la presencia de mesoporosidad generada por el tipo de
activación (8).
El área superficial de las muestras obtenidas se calculó
mediante la ecuación BET, la cual se muestra en la ecua-ción
1:
(1)
En la cual C, se refiere a una constante energética que se
relaciona con la interacción entre el adsorbato y el adsor-bente,
(P/Po), Es la presión de equilibro del gas, dividida en
la presión de saturación del adsorbato (9).
Al realizar una representación gráfica de la ecuación lineal
del modelo de BET es posible obtener la capacidad de
monocapa, cuando se evalúa dentro del rango en que éste
modelo sea lineal que normalmente es dentro del rango de
presiones relativas (P/Po) de 0,05 a 0,35, puesto que en la
literatura se establece que a valores por debajo de 0,05,
las heterogeneidades superficiales se hacen muy eviden-tes,
mientras que sobre 0,35 se produce el fenómeno de
condensación capilar (9).
Para calcular el volumen de microporo se utilizó el modelo
Dubinin Radushkevich (DR), el cual se establece mediante
la ecuación 2:
(2)
Este es un modelo aplicado para sólidos microporosos,
en el que se determina el volumen de microporosos del
sólido, En este modelo, V es el volumen de gas adsorbido
a la presión de equilibrio, Vo es el volumen de microporos
y D es una constante que puede relacionarse con el tama-ño
medio de los poros; el rango de presión relativa no es
superior a 0,3 (9).
En la tabla 3 se muestra el área superficial aparente cal-culada
por el método BET y el volumen de microporo cal-culado
por el método Dubinin Radushkevich. Los resulta-dos
muestran que la activación química con respecto a
la activación física presenta cambios apreciables en las
características texturales de los materiales carbonosos.
Se observa que para la muestra CAE30 el área superficial
aparente incrementa entre un intervalo de 7 a 15 veces
con respecto a las muestras CAE9003 y CAE9001, res-pectivamente,
Los resultados de volumen de microporo
obtenidos por la ecuación DR muestran la misma tenden-cia
para las tres muestras carbonosas. Por ejemplo para
la muestra CAE30 el área superficial aparente es 1858 m2
g-1con un volumen de microporo de 0,63 cm3 g-1, en com-paración
con la muestra CAE9003 con 249 m2 g-1 con un
volumen de 0,11 cm3 g-1 .
Tabla 3. Áreas superficiales aparentes y volu-men
de microporos del carbón activado
Muestra Área superficial aparente
B,E,T, (m2 g-1)
Volumen microporo
DR (cm3 g-1)
CAE9001 1858 0,63
CAE9003 1007 0,35
CAE30 121 0,05
CAE80 249 0,11
3.5 Química superficial
3.5.1 Titulación Boehm y Punto de carga cero
Para la determinación de la química superficial del carbón
activado obtenido, se realizaron las titulaciones acido-base
correspondientes y se correlacionaron con el pH del
punto de carga cero, los resultados encontrados se mues-tran
en las tablas 4 y 5.
Tabla 4. Sitios ácidos totales superficiales
Muestra Acidez Total (meq g-1) pHPZC
CAE9001 0,033 9,59
CAE9003 0,013 9,98
CAE30 0,135 5,66
CAE80 0,122 6,10
Tabla 5. Sitios básicos totales superficiales
Muestra Basicidad Total (meq g-1) pHPZC
CAE9001 0,451 9,59
CAE9003 0,475 9,98
CAE30 0,052 5,66
CAE80 0,022 6,10
Los carbones sumergidos en HCl, determinan la cantidad
de sitios básicos totales, encontrando que la mayor con-centración
de estos la tiene el CAE9003 con 0,475 meq
g-1, en contraste con el CAGE80, que posee la menor con-centración
de sitios básicos, 0,022 meq g-1, Por otro lado,
los carbones sumergidos en NaOH, permiten determinar
la concentración de sitios ácidos totales, encontrando que
el CAGE30 contenía la mayor concentración de sitios áci-dos
totales, 0,135 meq g-1, mientras que el CAE9003 ex-hibió
la menor concentración de sitios ácidos, 0,013 meq
g-1, lo cual está directamente relacionado con el método
de activación utilizado, dado que se utilizó como agente
deshidratante el ácido fosfórico y este aumenta la acidez
en la superficie de los carbones activados tratados quími-camente,
Así por ejemplo, para la muestra CAE9001 se observa que
la basicidad es 14 veces mayor con respecto a la acidez
total, por lo tanto este carbón es de carácter básico con
un pH de punto de carga cero de 9,59 el cual fue activado
físicamente, Por otro lado se observa que la acidez del
CAE30 es 3 veces mayor respecto a su basicidad, por lo
tanto este es un carbón de carácter ácido con un pH de
punto de carga cero de 5,66,
3.5.2 Espectroscopia de Infrarrojo
Los espectros obtenidos para las muestras de carbón ac-tivadas
química y físicamente se muestran en las figuras 5
y 6, respectivamente.

Figura 5. Espectros de las muestras activadas químicamente
Figura 6. Espectros de las muestras activadas físicamente
En la figura 5 se muestran los espectros del carbón acti-vado
químicamente en los cuales se identifican 4 regiones
de interés; a 3400 cm-1 se observa una banda ancha atri-buida
a los grupos hidroxilo (OH-); la banda presentada a
1600 cm-1 es el resultado de anillos aromáticos o enlaces
dobles carbono-carbono, La absorción cerca de 1100-
1000 cm-1 indica la existencia de enlaces simples de C-O
en ácidos carboxílicos; o también puede presentarse los
enlaces P=O, O-C y P-O-C, Estos enlaces presentados
son causados por la impregnación con el ácido fosfórico
(1,2).
En la figura 6 se muestran los espectros de los carbones
activados físicamente se observa que a 3400 cm-1 pre-senta
una banda intensa causada por las vibraciones de
los enlaces H-O de los grupos hidroxilo (OH-), la banda
presentada a 1400 cm-1, es causada por los enlaces do-bles
Carbono=Carbono de compuestos aromáticos que
se confirma gracias a la presencia de la pequeña banda
presentada a 1600 cm-1, La banda a 1100 cm-1 es causada
por el estiramiento C-N y C-O; el pequeño pico presenta-do
alrededor de 800 cm-1 es atribuido al estiramiento C-X
o grupos alquenos, lo cual se puede correlacionar con el
agente oxidante utilizado. (10)
Los resultados muestran que no existen diferencias entre
las dos muestras de carbón activado obtenidas mediante
el método físico, Ambas muestran bandas equivalentes,
Pero al comparar los espectros obtenidos de los carbo-nes
activados química y físicamente se observan cam-bios
significativos; la banda obtenida a 1100-1000 cm-1
se hace mínima en los carbones activados con CO2, ya
que ésta es atribuida a las especies fosforadas; que si se
presentan de forma intensa en los carbones activados con
H3PO4 y están causadas por el tratamiento térmico que se
realizó con la impregnación del ácido,
La banda presente a 3400 cm-1 se hace más profunda e
intensa en los carbones activados con CO2 ya que es atri-buida
a las vibraciones de los enlaces hidroxilo (O-H), y
presenta el carácter ácido de los carbones activados, De
igual forma el análisis muestra que la temperatura no es un
factor condicionante en las muestras de carbón activado
preparado física y químicamente, dado que no se presen-tan
cambios significativos en los espectros analizados (11),
3.6 Calorimetría de inmersión
En la figura 7 se muestra un potenciograma típico obteni-do
con un calorímetro de conducción de calor tipo Calvet,
en donde se muestra la gráfica de potencial en función de
tiempo, El primer pico corresponde al calor
generado por la inmersión del sólido poroso en el respec-tivo
líquido de inmersión y el segundo corresponde al pico
de calibración eléctrico, aplicando un trabajo eléctrico
conocido durante un tiempo exactamente medido, Por
una relación entre las áreas bajo los picos es posible
determinar el valor de la entalpía de inmersión del sólido.
Figura 7. Potenciograma obtenido con un Calorímeto
Calvet para la determinación de la entalpía de inmersión.
El carbón activado se caracterizó calorimétricamente al
determinar las entalpías de inmersión en soluciones de
HCl y NaOH 0,1 N, cuyos valores se pueden relacionar
con las propiedades químicas del carbón, ya que estas
afectan las interacciones energéticas entre los sólidos y
los diferentes líquidos de inmersión.
En la tabla 6 se muestra el comportamiento que siguen las
entalpías en solución básica y ácida de las muestras acti-vadas
químicamente. Para la muestra CAE80, se presenta
una mayor entalpía en solución básica -122,27 Jg-1 cau-sada
por la naturaleza ácida del carbón en comparación
con la entalpía en solución ácida -88,29 Jg-1 de lo anterior
muestra una correlación ente la entalpía y el punto de car-ga
cero dado que para este carbón mostró tendencia áci-da
(pHPCC = 6,10) y si se ponen en contacto con soluciones
cuyo pH sea mayor que el pHPCC, la carga de su superficie
será en promedio negativa lo cual se evidencia en la diso-ciación
de los grupos ácidos en la superficie del carbón, el
cual se encuentra un valor de 0,122 meqg-1 (1).
Por otra parte el carbón CAE30 no muestra relación en-tre
la entalpía de inmersión básica -71,99Jg-1 respecto al
comportamiento ácido del carbón ya que la entalpía de
inmersión en ácido es mayor (-97,65 Jg-1), y tampoco se
evidencia una correlación con el valor del punto de carga
cero, (pHPCC = 5,66), Es probable que este comportamien-to
se deba a la naturaleza química compleja del carbón
activado que afecta las interacciones que se dan entre él
y el adsorbato.

Tabla 6. Entalpia de inmersión muestras ac-tivadas
químicamente,
Muestras Activadas Químicamente
Muestra
Acidez
total
(meqg-1)
-ΔHinm
NaOH
(Jg-1)
Basicidad
Total
(meqg-1)
-ΔHinm
HCl (Jg-1)
CAE30 0,135 71,99 0,052 97,65
CAE80 0,122 122,27 0,022 88,29
En la tabla 7 se muestran los datos obtenidos que repre-sentan
la variación de la entalpía de inmersión de los car-bones
activados físicamente en solución ácida y básica
con relación al contenido de grupos superficiales determi-nados
mediante el método Boehm, a medida que aumen-ta
el contenido de grupos ácidos superficiales aumenta
la entalpía de inmersión en solución básica. El calor de
inmersión es mayor en solución ácida (HCl), confirmando
una mayor interacción con los sitios básicos del carbón
activado (12). En lo referente al punto de carga cero, (pHPCC
= 9,59- 9,98) las muestras son básicas, de tal forma que
si el carbón se pone en contacto con soluciones cuyo pH
sea menor que el pHPCC, la carga de su superficie será
en promedio positiva, La carga positiva no se atribuye a
grupos superficiales sino que puede estar constituida por
grupos de carácter básico como pironas o cromenos, o
por la existencia de zonas en la superficie ricas en electro-nes
p que se comportan como bases de Lewis (1) (13).
Tabla 7, Entalpia de inmersión muestras
activadas físicamente
Muestras Activadas Físicamente
Muestra
Acidez
total
(meqg-1)
-ΔHinm
NaOH
(Jg-1)
Basicidad
Total
(meqg-1)
-ΔHinm
HCl (Jg-1)
CAE9001 0,033 20,44 0,451 24,44
CAE9003 0,013 8,52 0,475 35,98
3.7 Adsorción de Fenol
En las figuras 8 y 9 se muestran las isotermas de adsor-ción
que representan las capacidades de adsorción de
Fenol (Qe) expresadas en mg de fenol retenido, por gramo
de carbón activado de las muestras activadas química y
físicamente, en orden respectivo,
Figura 8, Isotermas de adsorción de Fenol,
muestras activadas químicamente
Figura 9. Isotermas de adsorción de Fenol,
muestras activadas físicamente
En la figura 8 se aprecia que el comportamiento de las
isotermas de adsorción de Fenol en el rango de concen-traciones
comprendido entre 50 a 1500 mgL-1 para los
carbones tratados químicamente, son en su totalidad as-cendentes,
esto quiere decir que el carbón activado no ha
alcanzado su límite máximo de adsorción.
En la figura 9 se observa que el comportamiento de la iso-terma
de la muestra de carbón CAE9001, es asintótica a
altas concentraciones del equilibrio lo que indica que el
carbón se ha saturado con el adsorbato en el amplio rango
de concentraciones comprendido entre 50 a 1500 mg L-1,
mientras que la muestra CAE9003 los valores tienden a
ascender con la cantidad retenida, con un valor máximo
de 89,64 mg g-1 para una concentración en el equilibrio de
592 mg L-1.
Los datos experimentales de las isotermas de adsorción
se ajustaron con los modelos de Langmuir y Freundlich,
Estos modelos se expresan en las ecuaciones 3 y 4, res-pectivamente
(3)
En la cual Ce se refiere a la concentración de soluto en el
equilibrio mgL-1, Qe es la masa de soluto adsorbido por
unidad de masa del adsorbente mgg-1, Qmáx es la máxima
cantidad de soluto que se adsorbe sobre el adsorbente
mgg-1, K es la constante de la isoterma de adsorción de
Langmuir relacionada con el calor de adsorción, Lmg-1.
(4)
El modelo de Freundlich, ha demostrado que se puede
aplicar a adsorbentes que tienen superficies energética-mente
heterogéneas. En la ecuación 4, Kf es la constante
de la isoterma Freundlich relacionada con la capacidad de
adsorción mg1-1/nL1/ng-1, n es la intensidad de la adsorción,
De acuerdo a ello los datos ajustados a los modelos, se
muestran en la tabla 8.
En el modelo de Freundlich, si se analiza el valor de Kf
que se relaciona con la capacidad de adsorción, se ob-serva
que ésta es mayor para la muestra CAE30, seguido
CAE80, con valores que oscilan desde 6,58 a 6,35 mg1-1/
nL1/ng-1. El valor de 1/n es una medida de la heterogeneidad
de la superficie. Un valor cercano a 0 indica una superfi-cie
heterogénea. Cuando el valor de 1/n es menor que 1
se dice que el proceso de adsorción es favorable, nue-vamente
se encuentra el mismo orden mencionado, Los
datos de las isotermas para el carbón activado CAE9003 y
CAE9001 no se ajustaron a al modelo de Freundlich dado
que sus valores no siguen un comportamiento adecuado
debido a su naturaleza, por tanto sus parámetros no apa-recen
en la Tabla 8.
Cuando se aplica el modelo de Langmuir, se observa que
el valor de Qmax es mayor para la muestra CAE80, segui-do
CAE30, CAE9003 y CAE9001 con valores que osci-lan
desde 43,48 a 146,63 mgg-1 lo que confirma que las
muestras actividades químicamente presentan una mayor
capacidad de adsorción con respecto a las activadas físi-camente.
Finalmente los datos obtenidos se ajustan mejor
al modelo de Langmuir, confirmando que el proceso de
adsorción se da por la formación de una monocapa del
adsorbato.
De acuerdo con los resultados obtenidos, las muestras
activadas químicamente presentan las mejores propie-

Tabla 8, Ajuste a los modelos de Langmuir y Freundlich
Langmuir Freundlich
Adsorbato Qmáx (mg/g) K (L/mg) R2 %Des Kf
CAE80 146,628 0,029 0,984 0,87 6,347 0,624 0,910 5,778
CAE30 138,504 0,029 0,990 2,93 6,580 0,578 0,968 1,662
CAE9001 43,478 36,57 0,991 1,130 - - - -
CAE9003 90,909 81,75 0,994 1,015 - - - -
dades texturales y químicas con respecto a las activadas
físicamente. Por ésta razón, este material es óptimo para
aplicarlo en procesos de adsorción en fase acuosa; ade-más
se infiere que el proceso de activación química, es
el mejor método de preparación de carbones activados a
partir de material lignocelulósicos (14) (15).
4. CONCLUSIONES
Se sintetizaron carbones activados por dos vías, activa-ción
física y activación química, de las cuales, las acti-vadas
químicamente presentaron mayores áreas superfi-ciales
aparentes, del orden de 1858 m2g-1 para CAE30 y
del orden de 1007 m2 g-1 para CAE80, con volúmenes de
microporo, de 0,63 y 0,35 respectivamente, Esto se refleja
en la gran capacidad de adsorción de Fenol.
Se encontró que los carbones activados físicamente con-tienen
baja concentración de grupos ácidos en contraste
con los carbones activados químicamente, hecho que se
corrobora con el espectro infrarrojo y el pHpcc.
A partir de las entalpías de inmersión es posible estable-cer
similitudes entre las interacciones de los carbones en
solución, y el efecto de los grupos superficiales en el com-portamiento
ácido - base del carbón.
Las semillas de Eucalipto (Eucalyptus globulus labill), son
apropiadas para la obtención de carbones activados, con
adecuadas propiedades texturales en muestras activadas
químicamente,
5. AGRADECIMIENTOS
Los autores expresan un agradecimiento especial al con-venio
marco existente entre la Universidad Pedagógica
Nacional, la Universidad Nacional de Colombia y la Uni-versidad
de Los Andes, Adicionalmente los autores agra-decen
al Fondo Especial “Proyecto Semilla” de la Facultad
de Ciencias de la Universidad de Los Andes (Bogotá, Co-lombia)
por su financiación parcial para llevar a cabo esta
investigación.
6. BIBLIOGRAFIA
1. Moreno, J, C,, Navarrete, L,, Giraldo, L,, & García, V,
(2007), Adsorción de Fenol y 3-Cloro Fenol sobre Car-bones
Activados mediante Calorimetría de Inmersión,
Informacion Tecnológica , 71-80,
2. Leyva Ramos, R, (2003), Adsorción de PentacloroFe-nol
en Solución Acuosa Sobre Carbones Activados
Comerciales, Revista Internacional de Contaminación
Ambiental , 137-144,
(mg1-1/nL1/n*g-1) 1/n R2 %Desv
3. Leyva Ramos, R,, Velázquez Vargas, L,, Mendoza
Barrón, J,, & Guerrero Coronado, R, (2002), Adsor-ción
de Salicilato de Sodio en solución acuosa sobre
Carbón Activado, Revista de la Sociedad Química de
México, 159-166,
4. EPA, (1991), Granular Activated Carbon Treatment,
Engineering Bulletin, 2-91,
5. Giraldo, L,, Garcia, V,, & Moreno, J, C, (2008), Carac-terización
superficial en fase gas y líquida de carbo-nes
activados, Revista de ingenieria, Universidad de
los Andes , 7-16,
6. Rodriguez Reinoso, F, (2007), El carbón como Ad-sorbente
Universal, En J, C, Moreno Pirajan, Sólidos
Porosos: Preparación, Caracterización y Aplicaciones
(págs, 1-43), Bogotá, Colombia: Ediciones Uniandes,
7. Czerny, A,, Bénard, P,, & Chachine, R, (2005), Adsorp-tion
of Nitrogen on Granular Activated Carbon: Expe-riment
and Modeling, Langmuir , 2871-2875,
8. Lovera Garcia, R, (n,d,), Caracterización Textural de
Adsorbentes,, (pp, 24-28), Concepción, Chile,
9. Martín Martínez, J, (1990), Generalidades sobre ad-sorción
física de gases y vapores en carbones, In J,
Martín Martínez, Adsorción Física de Gases y Vapores
por Carbones (pp, 5-40), Alicante, España: Secreta-riado
de Publicaciones de la Universidad de Alicante,
10. Guo, Y,, & Rockstraw, D, (2007), Physicochemical
properties of carbons prepared from pecam shell by
phosphoric acid activation, Bioresource Technology,
1513-1521,
11. Peralta, J,, Sun Kou, M, d,, & Bendezú, S, (2008), Pre-paration,
Characterization of Activated Carbons with
KOH and H3PO4 and Application in Cd (II) Adsorp-tion,
Revista de la Sociedad Química de Perú, 220-
232,
12. Lopez-Ramon, M,, Stoeckli, F,, Moreno-Castilla, C,,
& Carrasco-Marin, F, (1999), On the Characterization
of Acidic and Basic Surface Sities on Carbons by Va-rious
Techniques, Carbon, 1215-1221,
13. Lahaye, J, (1998), The Chemistry of Carbon Surface,
Fuel, 543-547,
14. Puziy, A,, Poddubnaya, O,, & Ziatdinov, A, (2006), On
the Chemical Structure of Phosphorus Compounds in
Phosphoric Acid-Activated Carbon, Applied Surface
Sciencie , 8036-8038,
15. Maciá-Agulló, J,, Moore, B,, Cazorla-Amorós, D,, &
Linares-Solano, A, (2004), Activation of Coal Tar Pitch
Carbon Fibres: Physical Activation vs, Chemical Acti-vation
, Carbon, 1367-1370,

Síntesis de carbón activado proveniente de semillas de Eucalipto por activación física y química

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Destacado

Destacado (6)

Similar a Síntesis de carbón activado proveniente de semillas de Eucalipto por activación física y química

Similar a Síntesis de carbón activado proveniente de semillas de Eucalipto por activación física y química (20)

Último

Último (20)

Síntesis de carbón activado proveniente de semillas de Eucalipto por activación física y química