Carbono activado, también conocido como carbón activado o char. Es una sustancia negra en polvo o de carbono granular. El carbono activado es un carbón poroso con baja densidad de empaquetado y una gran superficie específica debido a la disposición irregular de carbono microcristalino y la presencia de poros entre las conexiones transversales, lo que puede causar defectos de la estructura de carbono durante la activación. También es el material principal para hacer filtros.
Producción de carbono activado
Las principales materias primas para el carbono activado pueden ser que casi todos los materiales orgánicos tienen un contenido grande en carbono, como carbón, madera, conchas de frutas, conchas de coco, conchas de nuez, conchas de albaricoque, conchas de jubos, etc. Estos materiales que contienen carbono se convierten en carbono activado a través de la pirólisis a alta temperatura y cierta presión en un horno de activación. Durante este proceso de activación, una gran área de superficie y una estructura de poros compleja se forman gradualmente, y el llamado proceso de adsorción ocurre en estos poros y en la superficie. El tamaño de los poros en el carbono activado tiene un efecto de adsorción selectiva en el adsorbato, porque las moléculas grandes no pueden ingresar a los poros de carbono activado que son más pequeños que sus poros. El carbono activado es un adsorbente hidrófobo producido por la carbonización a alta temperatura y la activación de sustancias que contienen principalmente carbono como materias primas. El carbono activado contiene una gran cantidad de microporos y tiene una superficie increíblemente grande, que puede eliminar efectivamente el color y el olor. También puede eliminar la mayoría de los contaminantes orgánicos y ciertas sustancias inorgánicas, incluidos metales pesados tóxicos, del efluente secundario.
El principio del carbono activado
1. Principio de filtrado
El filtro de carbono activado es el proceso de interceptación de contaminantes suspendidos en el agua, y los sólidos suspendidos interceptados llenan los vacíos entre los carbonos activados. El tamaño de poro y la porosidad de la capa de filtro aumentan con el tamaño de partícula del material de carbono activado. Cuanto más grueso sea el tamaño de partícula del carbono activado, cuanto más grande sea el espacio que puede acomodar sólidos suspendidos. Se realiza como capacidad de filtrado mejorada, mayor capacidad de retención de contaminantes y mayor capacidad de intercepción. Al mismo tiempo, cuanto más grandes son los poros en la capa de filtro de carbono activado, los sólidos suspendidos más profundos en el agua pueden transportarse a la siguiente capa de capa de filtro de carbono activado. Con suficiente grosor protector, se pueden interceptar más sólidos suspendidos, lo que permite que las capas medias e inferiores de la capa de filtro desempeñen mejor el papel de intercepción y aumenten la capacidad de intercepción de la unidad.
En términos generales, la capacidad del carbono activado para interceptar sólidos suspendidos proviene del área de superficie proporcionada por el carbono activado. Cuando el caudal es bajo, la capacidad de filtración de la unidad proviene principalmente del efecto de detección del carbono activado, mientras que cuando el caudal es rápido, la capacidad de filtración proviene del efecto de adsorción en la superficie de las partículas de carbono activadas. Durante el proceso de filtración, cuanto más grande sea el área de superficie de la partícula proporcionada por el carbono activado, más fuerte es la adhesión a los sólidos suspendidos en el agua.
2. Principio de adsorción
De acuerdo con las diferentes fuerzas entre las moléculas de carbono activadas y las moléculas de contaminantes durante el proceso de adsorción, la adsorción se puede dividir en dos categorías: adsorción física y adsorción química (también conocida como adsorción activa). Durante el proceso de adsorción, cuando la fuerza de interacción entre las moléculas de carbono activadas y las moléculas de contaminantes es la fuerza de van der Waals (o atracción electrostática), se llama adsorción física; Cuando la fuerza de interacción entre las moléculas de carbono activadas y las moléculas de contaminantes es un enlace químico, se llama adsorción química. La resistencia de adsorción de la adsorción física se relaciona principalmente con las propiedades físicas del carbono activado, y tiene poco que ver con las propiedades químicas del carbono activado. Debido a la débil fuerza de van der Waals, tiene poco efecto en la estructura de las moléculas de contaminantes. Esta fuerza es similar a la cohesión intermolecular, por lo que la adsorción física puede analogizarse como un fenómeno de condensación. Las propiedades químicas de los contaminantes permanecen sin cambios durante la adsorción física.
Debido a los fuertes enlaces químicos, la adsorción química tiene un impacto significativo en la estructura de las moléculas de contaminantes. Por lo tanto, la adsorción química puede considerarse como una reacción química, que es el resultado de la interacción química entre los contaminantes y el carbono activado. La adsorción química generalmente implica compartir pares de electrones o transferencia de electrones, en lugar de perturbación simple o polarización débil, y es un proceso de reacción química irreversible. La diferencia fundamental entre la adsorción física y la adsorción química radica en la fuerza que genera enlaces de adsorción.
El proceso de adsorción es el proceso en el que las moléculas de contaminantes se adsorben en una superficie sólida, y la energía libre de las moléculas disminuye. Por lo tanto, el proceso de adsorción es un proceso exotérmico, y el calor liberado se denomina calor de adsorción del contaminante en esta superficie sólida. Debido a las diferentes fuerzas de adsorción física y adsorción química, exhiben ciertas diferencias en el calor de adsorción, la tasa de adsorción, la energía de activación de adsorción, la temperatura de adsorción, la selectividad, las capas de adsorción y los espectros de adsorción.
La tecnología de adsorción de carbono activada se ha utilizado para la refinación y la decoloración en industrias como productos farmacéuticos, productos químicos y alimentos en China durante muchos años. Comenzó a usarse para el tratamiento de aguas residuales industriales en la década de 1970. La práctica de producción ha demostrado que el carbono activado tiene excelentes propiedades de adsorción para contaminantes orgánicos traza en el agua, y tiene buenos efectos de adsorción en las aguas residuales industriales, como la impresión y tintes textiles, la industria química de tintes, el procesamiento de alimentos y la industria química orgánica. En general, los compuestos orgánicos representados por indicadores integrales como BOD y COD en aguas residuales, como colorantes sintéticos, tensioactivos, fenoles, bencenos, organoclorinos, pesticidas y productos petroquímicos, tienen capacidades de eliminación únicas. Por lo tanto, la adsorción de carbono activada se ha convertido gradualmente en uno de los principales métodos para el tratamiento secundario o terciario de las aguas residuales industriales.
La adsorción es un proceso lento en el que una sustancia se adhiere a la superficie de otra sustancia. La adsorción es un fenómeno interfacial que está relacionado con los cambios en la tensión superficial y la energía superficial. Hay dos fuerzas impulsoras que causan adsorción, una es la fuerza repulsiva del agua solvente en las sustancias hidrofóbicas, y la otra es la atracción de afinidad de los sólidos en los solutos. La adsorción en el tratamiento de aguas residuales es principalmente el resultado de la acción combinada de estas dos fuerzas. La superficie específica y la estructura de poros del carbono activado afectan directamente su capacidad de adsorción. Al seleccionar carbono activado, debe determinarse a través de experimentos basados en la calidad del agua de las aguas residuales. Es aconsejable elegir carbón con poros de transición bien desarrollados para imprimir y teñir aguas residuales. Además, el contenido de cenizas también tiene un impacto, cuanto más pequeño sea el contenido de cenizas, mejor será el rendimiento de la adsorción; Cuanto más cercano sea el tamaño de las moléculas de adsorbato al diámetro de poro del carbono, más fácil será adsorberse; La concentración de adsorbato también tiene un impacto en la capacidad de adsorción del carbono activado. Dentro de un cierto rango de concentración, la capacidad de adsorción aumenta con el aumento de la concentración de adsorbato. Además, la temperatura del agua y el valor de pH también están relacionados. La capacidad de adsorción disminuye con el aumento de la temperatura del agua.
