Estudio termodinámico de la adsorción de hidrocarburos lineales y compuestos fenólicos sobre carbones activados

Abstract

En esta investigación se modificaron las características físicas y químicas de un carbón activado y se midieron las interacciones (mediante isotermas de adsorción y calorimetría de inmersión) entre los carbones activados preparados e hidrocarburos alifáticos y aromáticos y CO2 a medida que se modificó la superficie. El carbón activado utilizado como material de partida se preparó a partir de cáscara de coco el cual se modificó mediante tratamientos de:1) impregnación con ácido nítrico e impregnación con ácido fosfórico a 18°C 2) funcionalización del carbón activado pre-oxidado con ácido nítrico mediante reflujo con hidróxido de amonio y 3) carbonización en atmósfera de nitrógeno a 800 900 y 1000 °C con lo que se obtuvieron 7 carbones activados (incluyendo el de partida), que se caracterizaron mediante isotermas de adsorción de nitrógeno y dióxido de carbono, análisis elemental, Microscopía de barrido electrónico, SEM, difracción de rayos X, DRX, espectrometría Raman, titulación Bohem y pH en el punto de carga cero. Las modificaciones superficiales realizadas se evaluaron en la interacción carbón activado-hidrocarburo; sólido-líquido (solvente o solución) para: los hidrocarburos alifáticos: pentano, hexano, heptano, octano y nonano y una serie de compuestos fenólicos: fenol, 4-nitrofenol, 2,4-dinitrofenol y acido pícrico mediante la determinación de la entalpía de inmersión y las isotermas de adsorción, a partir de las cuales se determinaron las energías características de adsorción y las entalpías adsorbenteadsorbato, adicionalmente se realizaron ensayos de adsorción dinámica de CO2 Se encontró que tanto las impregnaciones como las carbonizaciones modifican la química superficial y la estructura porosa del carbón activado de partida, cambiando de esta manera la interacción entre la superficie del carbón activado y los diferentes adsorbatos utilizados en el estudio. Se concluye que la superficie del carbón activado puede modificarse mediante tratamientos de oxidación a temperatura moderada de 18 °C y que estas modificaciones en algunos casos favorecen la interacción adsorbente-adsorbato.

Abstract: In this research were modified the physical and chemical characteristics of activated carbon and the interactions were measured (through adsorption isotherms and immersion calorimetry) between the carbons prepared and aliphatic and aromatic hydrocarbons and CO2 as the surface was modified. The activated carbon used as starting material was prepared from coconut shell and then, it was modified by different treatments: 1) Impregnation with nitric acid and impregnation with phosphoric acid to 18 °C; 2) functionalization of pre-oxidized activated carbon with nitric acid by reflux with ammonium hydroxide, and 3) Carbonization under nitrogen atmosphere at 800 900 and 1000 ° C which resulted in 7 activated carbons (including the starting carbon), then, they were characterized by isotherms of nitrogen and carbon dioxide adsorption, elemental analysis, electron scanning microscopy, SEM, X-ray diffraction, XRD, Raman spectrometry, Bohem titration and pH at the point of zero charge. The surface modifications performed were evaluated in the activated carbon-hydrocarbon interaction; solid-liquid (solvent or solution) for: the aliphatic hydrocarbons: n-pentane, nhexane, n-heptane, n-octane and n-nonane and a series of phenolic compounds: phenol, 4-nitrophenol, 2,4-dinitrophenol and picric acid by determining the enthalpy of immersion and adsorption isotherms, from which the characteristic energy of adsorption, the energy of Gibbs and the enthalpy of interaction adsorbent-adsorbate were determined, additionally tests of dynamic adsorption of CO2 were carried out. It was found that both the impregnations and the carbonizations modify the surface chemistry and the porous structure of the starting activated carbon, thus changing the interaction between the activated carbon surface and the different adsorbates used in the study. It is concluded that the activated carbon surface can be modified by oxidation treatments at a moderate temperature of 18 ° C and that these modifications in some cases favor the adsorbent-adsorbate interaction.