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Carbón Activado para almacenamiento, separación y

adsorción de gas

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Oferta tecnológica: Carbón activado para almacenamiento, separación y adsorción de gas RESUMEN El Departamento de Química Inorgáni ca de la Universidad de Alicante ha desarrollado la tecnología y el proc eso necesarios para preparar carbones activados con una distribución homogénea en el tamaño del microporo. Es interesante el hecho de que la activación química, mediante KOH, de diversos precursores, produce un carbón activ ado con una distribución muy homogénea del tamaño de los microporos (microporosidad casi exclusiva de ta maño entre 0.7-0.9 nm) y áreas de superficie BET cercanas a los 2000 m2/g. PALABRAS-CLAVE: Eliminación de olores, sabores, impur ezas orgánicas de bebidas y aguas residuales, algunos químicos tóxicos, purificación del aire. DESCRIPCIÓN DE LA TECNOLOGÍA Es bien sabido que los materiales de bajo coste y gran contenido en carbón pueden ser usados como precursores para la producción de carbón activado y que la tendencia actual es hacia el creciente us o de precursores baratos y ya disponibles, como carbones y materiales lignocelulosos. El uso de carbones como precursores de carbón activado podría ser una alternativa para desarrollar el mercado. El uso de carbones españoles como reserva de suministro para la producción de carbones activados es de interés para nuestro país como se ve reflejado en distintos pr oyectos que se están llevando a cabo en diferentes universidades e institutos de in vestigación, respaldados por el ECSC (Comunidad Europea de Acero y Carbón), Oc icarbon y el Ministerio de Ciencia. Este interés es una consecuencia de la gran producción de carbón (31.7 toneladas métricas en 1993), y de las reservas existent es, así como el uso actual exclusivo del carbón español como reserva de suministro para procesos de combustión.

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El Departamento de Química Inorgánica de la Universidad de Alicante trabaja desde 1983 en carbones activados. La prepar ación de carbones activados con una distribución del tamaño del poro determinada es un campo de investigación activo en el que son analizados distintos precurso res y procedimientos de preparación. El Departamento tiene conocimientos para la preparación y caracterización de carbones activados de diferentes precur sores. Se pueden usar materiales de bajo coste y alto contenido en carbón como los ma teriales lignocelulosos, el carbón y las fibras de carbón como precursores par a la producción de carbones activados. Están disponibles principalmente dos proc edimientos para la obtención de estos materiales:

- La primera opción es la gasificación controlada de carbón por reacción con CO2 y vapor.

- La segunda es la llamada activación quí mica en la cual el precursor carbonoso es impregnado c on un agente químico dado y se piroliza. El proceso de pirolisis se hace normalm ente a una temperat ura menor que la utilizada en el proceso de gasificación controlado.

El Departamento ha analizado la activa ción de carbones españoles utilizando los métodos mencionados. Se obtienen distinto s resultados en la distribución del tamaño de los poros en función del rango del carbón y del proceso de activación. Los carbones de los distintos rangos des arrollan microporosidad por activación química, pero se observa un incremento en el desarrollo de poros más grandes al disminuir el rango. Los carbones de r ango menor presentan una distribución de porosidad más amplia. Han sido obtenidos resultados especialment e interesantes mediante activación de diversos precursores con KOH. Como es bien sabido, el KOH es un buen agente activador, pero los carbonos activados resultantes tienen porosidad homogénea en el rango de 1-2 nm y un área superficial alta (por ejemplo el AX21 comercial). Es de especial interés el hecho de que la activación química mediante KOH produce un carbón activado con una distribución muy homogénea en el tamaño de los microporos (microporosidad casi exclus iva de tamaño entre 0.7-0.9 nm) y áreas de superficie BET cercanas a los 2000 m 2/g. Aunque su área superficial sea menor que la del AX21, su porosidad es mucho má s útil para muchas aplicaciones. Por lo tanto, la caracterización de este mate rial se presenta relevante para algunas aplicaciones tecnológicas importantes. El proceso de activación química present a la gran ventaja de que, comparada con la activación física, quita la materia mi neral inherente del carbón. Los carbones activados que se obtienen por activa ción química presentan mucho menos contenido de ceniza que los carbones orig inales correspondientes. El contenido de

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materia mineral, muy presente en los ca rbones españoles, produce un efecto poco deseable: el incremento de la parte inactiva de las muestras. ASPECTOS INNOVADORES: • Materiales de bajo coste y gran cont enido en carbón como los materiales

lignocelulosos, el carbón y las fibr as de carbón se pueden utilizar como precursores para la producción de carbones activados.

• La distinta distribución de tamaño de los poros depende del rango del carbón y del proceso de activación.

• Se obtienen propiedades muy interesantes mediante la activación química. ESTADO ACTUAL DE LA TECNOLOGÍA: La tecnología está en planta piloto y disponible para demostración. ÁREAS DE APLICACIÓN Las características del carbón activado con alta microporosidad y distribución homogénea del tamaño de poro, ha demostrado ser muy adecuada para varias aplicaciones tecnológicas importantes como: • Almacenamiento de gas (CH4) • Separación de gas (O2/N2, CO2/CH4) • Adsorción de fase de gas (eliminación de olores, sabores, impurezas orgánicas

de bebidas y aguas residuales, algunos químicos tóxicos, purificación del aire) PROPIEDAD INTELECTUAL Los resultados de la investigación se han publicado en varios artículos (ver referencias a continuación). Patentes relacionadas con la tecnología: • P200100881: “Procedimiento para la obtenc ión de carbones activados mediante

activación química con hidróxido sódico, hidróxido potásico o sus mezclas”.

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• P200100882: “Procedimiento para la obtenc ión de carbones activados mediante mezcla física de precursores carbonosos con hidróxido sódico, hidróxido potásico o sus mezclas”.

REFERENCIAS Research Projects: • Activated carbon from Spanish subbi tuminous coals.Comunidad Europea. CECA-

7220-EC/758 • Preparación de carbones activos a par tir de carbones minerales españoles.

Ocicarbon, Fase II, C-23/275 • Carbones activos a partir de carbones subbituminosos españoles. DGICYT CE91-

0011-C03-01. • Reducción de las emisiones de SO 2 mediante carbones activos cargados con

calcio: estudio en planta piloto. Com unidad Económica Europea, CECA 7220-ED / 053.

• Reducción de las emisiones de SO 2 mediante carbones activos cargados con calcio: estudio en planta piloto. Com unidad Económica Europea, CECA 7220-ED / 053.

• Eliminación de SO2 y NOx de gases de combustión m ediante carbón. Ocicarbón C-23-435

• Advanced Coal Materials by Controll ed Gasification-Activation Technologies. EU/CECA. ECSC 7220-EC/766

• Preparation of advanced carbon material from coal: Molecular sieve carbon for gas separation and activated carbon gas storage . EU/CECA. ECSC 7220-EC/766

• Alternativa novedosa a la eliminación de SO 2 y NO x de emisiones gaseosas. CICYT AMB96-0799

Publications: 1) M.J. Muñoz, M.J. Illán, A. Linares, C. Salinas y J.M. Martín.;Activated carbons

from Spanish coals: I) two stages CO2 activation; Energy & Fuels, 6, 9-15 (1992) 2) M. J. Illán, A. Linares, C. Salinas y J. M. Calo;NO reduction by activated carbons. I

The role of carbon porosity and surface area ; Energy & Fuels,7, 146-154, (1993) 3) M.J. Muñoz, A. Linares y C. Salinas; A Study of CaO-SO 2 Interraction; Applied

Surface Science, 81, 409-415, (1994) 4) M.J. Muñoz, A. Linares y C. Salinas; A Study of CaO-SO 2 Interraction in the

presence of O2; Applied Surface Science, 81, 417-425, (1994) 5) M.J. Illán, A. Linares, L. R. Radovic y C. Salinas ; NO Reduction by Activated

Carbons. 2. Catalytic Effect of Potassium ; Energy and Fuels, 9, 97-103, (1995)

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6) M.J. Illán, A. Linares, L. R. Radovic y C. Salinas; NO Reduction by Activated Carbons. 3. Influence of Catalyst Loading ... ; Energy and Fuels, 9, 104-111, (1995

7) M.J. Illán, A. Linares, L. R. Radovic y C. Salinas ; NO Reduction by Activated Carbons. 4. Catalytic Effect of Calcium; Energy and Fuels, 9, 112-118, (1995).

8) M.J. Illán, A. Linares, L. R. Radovic y C. Salinas ; NO Reduction by Activated Carbons. 5 Catalytic effect of iron ; Energy and Fuels, 9, 540-548, (1995)

9) M.J. Muñoz , A Linares y C. Salinas; A new parameter to characterize limestones as SO2 sorbents; Applied Surface Science, 89, 197-203, (1995)

10) M.J. Illán, A. Linares y C. Sali nas ; NO Reduction by Activated Carbons. 6 Catalysis by first series transit ion metals; Energy and Fuels, 9 , 976-983, (1995)

11) M.C. Macías, A. Linares y C. Salinas ; Sulfur dioxide capture by calcium containing carbon; Coal Science, II, 1831-1834, (1995)

12) A. García, M.J. Illán, A. Linares y C. Salinas; NOx reduction by coal briquets ; Coal Science, II , 1787-1790, (1995).

13) M.J. Illán, A. Linares, L.R. Radovic y C. Salinas ; NO reduction by activated carbons. Some mechanistic aspects; Coal Science, II, 1799-1802, (1995)

14) M.J. Illán, A. Linares, L.R. Radovic y C. Salinas ; NO reduction by activated carbons. 7 Some mechanistic aspects of the uncatalyzed ...; Energy and Fuels, 10, 158-168, (1996)

15) M.C. Macías, C. Salinas, C. Muñoz, y A. Linares ; Low temperature SO2 capture by calcium based sorbents: Characterization of the active calcium; Fuel Chemistry, ACS, 41, Nº 1, 422-426, (1996)

16) García, A. Linares y C. Salinas ; NO reduction by Potassium containing coal briquettes. Effect of mineral matter... ; Fuel Chemistry, ACS, 41, Nº 1, 293-297, (1996)

17) MJ. Illan, C. Salinas, A. Linares, J. Phillips and C. Salinas ; Reduction of nitric oxide by low-rank coal chars ; Fuel Chemistry, ACS, 174-178, (1996)

18) M. J. Muñoz, A. Linares y C. Salinas ; High temperature SO2 retention by CaO ; Applied Surface Science, 99, 111-117, (1996)

19) M.J. Illán, A. García, C. Salinas y A. Linares ; Activated carbons from Spanish Coals. 2. Chemical activation ; Energy and Fuels, 10, 1108-1114 (1996)

20) M. C. Muñoz, M.C. Macías, C. Salinas y A. Linares ; CaO dispersed on activated carbon as SO2 sorbent.; Fuel, 76, 527-532 (1997).

21) A. García, M.J. Illán, A. Linares y C. Salinas; Potassium containing bindered coals for the reduction of NO and NOx ; Fuel, 76, 499-505 (1997)

22) B. Serrano, M.J. Muñoz, A.Linares y C.Salinas ; Activated carbons from Spanish coals. 3. Preoxidation effect on an anthracite activation; Energy and Fuels, 11, 785-791 (1997)

23) García, S. Chinchón, A.Linares y C.Salinas ; NO reduction by potassium containing coal briquettes. Effect of mineral matter ; Energy and Fuels, 11, 292-298 (1997)

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COOPERACIÓN DESEADA Los socios buscados son industrias con interés en los carbones activados. El Departamento de Química Inorgánica está interesado en: • Transferir su conocimiento y su know-how a la industria. • Aplicar su conocimiento en el desarrollo de plantas piloto y su tecnología en las

áreas de preparación. • Realizar caracterizaciones y aplicac iones en separación, almacenamiento y

adsorción de gas. Grupo de materiales carbonosos y medioambiente Historia La Universidad de Alicante fue fundada en 1979 y se ha establecido rápidamente en España como una universidad de prestigi o, particularmente el la enseñanza e investigación científica. El Grupo de Ma teriales carbonosos y medioambiente pertenece al Departamento de Química Inorgánica de la Facultad de Ciencias. Personal El grupo fue fundado en 1983 cuando el profesor Ángel Linares Solano se unió a la Universidad de Alicante. Act ualmente, está formado por otros dos miembros de la Facultad, la profesora C oncepción Salinas Martínez de Lecea y el profesor Diego Carzorla Amorós (director del grupo), cinc o profesores titulare s, ocho profesores adjuntos y trece estudiantes de doctorado. Campos de investigación Los principales campos de investi gación del grupo son: preparación y caracterización de carbón activado, prepar ación de fibra de carbón, absorción de gas, reacciones gas-sólido, catálisis heterogénea, reducción de la polución, separación de gas y almacenamiento de gas. Experiencia La experiencia del grupo en investigación se puede resumir como sigue: durante los últimos 10 años, se han llevado a cabo 123 proyectos de investigación mediante ayudas económicas del gobierno español, com unitarias y de industrias privadas, se han publicado 196 artículos en revistas de gran calidad científica, se han terminado 14 Tesis Doctorales y se han hecho má s de 254 presentaciones en conferencias internacionales. Con respecto a la financiación comuni taria, nuestro grupo ha participado en 6 proyectos (5 ECSC, 1 BRITE), siendo el coordinador de tres de ellos.

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DATOS DE CONTACTO Víctor Manuel Pérez Lozano SGITT-OTRI (Universidad de Alicante) Teléfono: +34 96 590 9959 Fax: +34 96 590 3803 E-Mail: URL: http://sgitt-otri.ua.es/es/empresa/ofertas-tecnologicas.html