Entonces, ¿Qué es el carbón activado?
Es un producto derivado de materiales carbonizados, pudiendo ser de origen vegetal o mineral; es un sólido amorfo y especialmente poroso, que presenta un área superficial sorprendentemente alta. Se le denomina activado debido a que presenta gran área superficial, buena y variada distribución de poros y diversos grupos funcionales superficiales, principalmente de oxígeno y nitrógeno, que lo hacen atraer y retener sobre su superficie una gran cantidad de moléculas de otras sustancias. Estas características le confieren propiedades adsorbentes excepcionales que pueden ser aprovechadas en diferentes áreas.
Usos del carbón activado
En medicina: profesionales de la medicina lo han utilizado por muchos años para tratar pacientes que presentan alguna intoxicación o sobredosis. Uno de los usos mejor documentado del carbón activado es como agente para tratar casos de envenenamiento y sobredosis, los poros del carbón activado retienen muy bien las toxinas lo que evita que entren al torrente sanguíneo.
Filtración de agua potable: los filtros de carbón activado son muy comunes en los hogares. En todas partes se venden cartuchos empacados de filtración que contienen una etapa con carbón activado. Gracias a su gran capacidad de adsorción, es capaz de remover del agua malos olores, sabor o color desagradable.
Remoción de metales pesados en lixiviados y aguas residuales: la presencia de metales pesados en efluentes líquidos industriales constituye un peligro para el ambiente y para la salud. Aunque existen resinas para su adsorción por intercambio iónico, los costos de estos materiales suelen ser muy elevados. Pero la elevada porosidad del carbón activado lo hace efectivo en la remoción de metales pesados de los efluentes industriales.
Soporte para catalizadores: la estructura porosa del carbón activado y su resistencia térmica lo hacen muy adecuado para su utilización en la catálisis heterogénea, donde se emplea principalmente como soporte para fases activas en numerosas reacciones. En este campo nuestro laboratorio ha preparado carbones de diferentes fuentes para su uso como soporte de catalizadores para reacciones de hidrotratamiento.
Recuperación de oro y plata: se utiliza carbón activado para recuperar por adsorción, desde una solución diluida, un material valioso. El cual puede ser recuperado por elución.
Purificación de aire y gases: principalmente el de tipo microposoro, es adecuado para retener compuestos orgánicos volátiles presentes en el aire y gases, por lo cual es ampliamente usado en los equipos de protección personal.
Remoción de impurezas: mayormente su uso está ligado a este fin. Se utilizan filtros de carbón activado para eliminar impurezas que causan olor, color o sabor en líquidos de procesos alimenticios (como jugos, vinos, vinagres) o de procesos químicos (como solventes y fármacos).
Tipos de carbones activados
Carbón activado en diferentes formas
Adsorción con carbón activado
Diferencia entre el proceso de adsorción y absorción. Fuente: Propia
Porosidad del carbón activado
El carbón activado se caracteriza por ser un sólido amorfo, con una estructura aleatoria y muy poroso, el tamaño de los poros puede variar entre grietas y cavidades visibles a simple vista o de nivel molecular.
Microscopia Electrónica de Barrido de un carbón activado, con aumentos de 400X (lado izquierdo) y 800X lado derecho. Fuente: Sun-Kou (2014)
De acuerdo a la IUPAC, estos poros se pueden clasificar según su tamaño en:
• Microporos, con una amplitud de diámetro < 2 nm
• Mesoporos, con una amplitud de diámetro 2 – 50 nm
• Macroporos, diámetros > 50 nm [3].
Proceso de obtención
Materia prima
Los carbones activados suelen obtenerse de diversos precursores de materiales carbonosos, como madera, carbón mineral o las conchas de coco. Pero en la actualidad, dada la versatilidad y usos del producto, se siguen investigando fuentes de materia prima, tomando en cuenta su costo y disponibilidad, en nuestro laboratorio se ha elaborado carbones utilizando cascaras de frutos que abundan en la región o incluso material vegetal obtenido como residuo de algún proceso, como la fibra del coco o el bagazo del agave.
Métodos de Activación
Existen dos formas para la activación del carbón, la activación física (o también llamada térmica) y la activación química.
• Activación física: en este proceso el carbón activado es el resultado de la gasificación del material carbonizado a temperaturas elevadas. Durante la gasificación el material se expone a una atmosfera oxidante, esta puede ser vapor de agua, dióxido de carbono o una mezcla de ambos) que elimina los productos contaminantes aumentando el volumen de los poros, lo que resulta en una estructura carbonosa porosa rudimentaria.
• Activación química: esta corresponde a una reacción de deshidratación química, que se da a lugar a temperaturas más bajas. En este proceso el material es tratado con un agente químico, siendo muy usado el ácido fosfórico, a una temperatura entre 500 y 700 ºC. Posteriormente el material carbonoso el lavado para retirar el agente químico para un posterior secado.
Hasta aquí el presente artículo, gracias por la atención prestada, espero que haya sido de su agrado. Más adelante les traeré algunos trabajos de obtención y caracterización de carbón activado para algunos fines específicos.
Referencias bibliográficas
[1] Menéndez, J. A. (2007). El carbón en la vida cotidiana. Instituto Nacional del Carbón.
[2] Maron, S. y Prutton, C. (2006). Fundamentos de fisicoquímica. México, Editorial Limusa.
[3] Toscon, M. (2007). Materiales de carbono: estructuras y formas. Sociedad española de óptica.