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INTRODUCCION.
La denominación de “Carbón Activado” se aplica a cualquier forma de carbón
caracterizada por su gran capacidad de adsorción de gases, vapores y sólidos coloidales; lo
que lo hace particularmente útil para muchas industrias de transformación Química y
Petroquímica.
Materiales de diferente origen, que van desde carbones bitumitosos hasta lignocelulósicos
como la cáscara de coco es empleada como material precursor para la obtención de carbón
activado que son utilizados en diferentes procesos químicos como adsorbente, soporte o
fase activa en el caso de estudio de catalizadores. Pero las características de dichos
carbones no solo son determinadas por el material precursor sino también por el método
de preparación.
Entre los materiales adsorbentes, es el carbón activado el más poderoso adsorbente
conocido, pues sus características físicas principales son su gran área superficial interna.
Sin embargo, a pesar de su importancia, en el país no se elabora este producto y casi en su
totalidad es importado.
En nuestro medio se podría justificar comercialmente el montaje de una planta, pero se
hace necesario adoptar una tecnología apropiada, que permitiera un desarrollo industrial
menos dependiente y el aprovechamiento de recursos naturales propios.
1
CAPITULO # 1.
1. 1. FUENTES DE CELULOSA PARA LA PRODUCCIÓN DE CARBÓN
ACTIVADO.
Para la producción de carbón activado pueden utilizarse diferentes materiales carbonosos.
Los de uso más general son los siguientes: Madera, Serrín, Turba, Lignito y desperdicios
de las fábricas.
El carbón de sangre y el de huesos pueden activarse fácilmente, pero el coque de petróleo
no corresponde a ninguno de los métodos de activación conocidos aparte las diferencias en
la facilidad de activación, la naturaleza del material influye en las propiedades físicas del
carbón. Las cáscaras de coco dan un carbón denso y resistente apropiado para la adsorción
de gases y las cáscaras de semilla de girasol forma un carbón vegetal blando y voluminoso
que sirve para la purificación de aguas potables.
Entre las principales fuentes para la obtención de carbón activo tenemos:
ALGAS.
BAGAZO.
CARBÓN MINERAL.
CASCARA DE COCO.
CASCARA DE NUECES.
CÁSCARAS DE ALGODÓN.
2
CEREALES.
COQUE DE PETROLEO.
DESECHOS DE DESTILERÍA,
DESPERDICIOS DE PASTA DE PAPEL.
GRANOS DE CAFÉ.
HUESOS.
HUESOS DE FRUTAS.
LIGNINA.
LIGNITO.
LODOS ÁCIDOS DE PETROLEO.
MADERA.
NEGRO DE LAMPARA.
OLOTES, TUSA, ZURO DE MAÍZ.
PESCADO.
RESIDUOS DE FERROCIANURO POTASICO.
RESIDUOS DE SANGRE Y CARNE.
SERRIN.
TURBA.
3
CELULOSA.
La celulosa es un polisacárido que tiene la formula empírica C6 H10 O5 y es el principal
componente de la membrana celular de la mayor parte de las plantas. Comprende por lo
menos una tercera parte de toda la materia vegetal que el más abundante de todos los
compuestos orgánicos naturales. Además de hallárselas en todas las plantas superiores, se
presentan también en las formas inferiores de la vida vegetal como los musgos, helechos,
algas y hongos. Se ha comprobado la existencia de celulosa por lo menos en una especie
de bacteria (acetobacter xylinum) y se ha hallado también en una clase de animales: los
tunicados.
La celulosa debe su nombre a Anselmo Payen agricultor francés que investigo los
componentes de la pared celular (lignina, hemicelulosa, grasas, etc.) Hizo creer que alguno
de estos componentes estaba químicamente unidos a la celulosa en la planta, pero esta
hipótesis ha sido desechada.
Técnicamente se da el nombre de celulosa a las fibras blancas que se obtienen cuando se
somete la materia vegetal a tratamientos de purificación mediante los cuales se extraen
casi totalmente los demás componentes de la planta se da el nombre de celulosas químicas
o pulpas por disolución a las celulosas que se emplean en la fabricación de derivados
celulósicos y productos de celulosa regenerada que constan casi exclusivamente de pulpas
de madera y algodones químicos especialmente purificados y se hacen en diversas
calidades para diferentes usos.
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ESTRUCTURA QUÍMICA DE LA CELULOSA.
El análisis por combustión de la celulosa de algodón sumamente purificada indica que en
su composición elemental equivale a la de un anhídrido de hexosa, de formula C6 H10 O5.
Este anhídrido de hexosa se identifica por la anhidro glucosa por la circunstancia de que se
puede obtener un rendimiento de 95 % de glucosa con la hidrólisis total de la celulosa
purificada y que en producto de la hidrólisis no se halla ningún otro hidrato de carbono. La
propiedad que tiene la celulosa de formar derivados con máxima sustitución de grado 3
como la celulosa trimetílica, el trinitrato de celulosa y el triacetato de celulosa demuestran
que contienen tres hidroxilos libres en cada unidad de anhídrido de celulosa. Las
propiedades de la celulosa y sus derivados indican claramente que es un polímero natural
cuyo peso molecular es mucho tanto mayor que el de su unidad constructora en dicha
formula 2X + 2 es igual al numero de unidades de glucosa que hay en la molécula. Este
concepto se funda en las siguientes observaciones:
A ). La descomposición de celulosa trimetílica con solución al 1 % de ácido clorhídrico
en metanol produce 2, 3, 6 trimetil-B-glucósido metílico, que con gran rendimiento
total puede ser convertido en 2, 3, 6 trimetil glucosa cristalina.
B ). La hidrólisis regulada de celulosa que produce celobiosa, celotriosa, celotetrosa y
celopentosa, que contienen respectivamente 2, 3, 4 y 5 unidades de glucosa.
C ). Los estudios de rotación óptica y de cinética de la hidrólisis indican que por lo
menos 99 % de los enlaces entre unidades de anhídrido de glucosa son enlaces de
b-glucósido.
5
En la formula la unidad terminal de glucosa de la derecha contiene un grupo aldehído
potencial cuya acción reductora se puede descubrir si no es demasiado alto el peso
molecular de la celulosa. Las otras unidades terminales de glucosa contienen un hidroxilo
libre extraordinario en posición 4 y ello se debe que en los productos de la hidrólisis de la
celulosa trimetílica haya cantidades pequeñas pero perceptibles de 2, 3, 4, 6 tetra-metil-
glucosa.
Los métodos crioscópicos y ebulloscópicos con que se mide el peso molecular de
compuestos químicos simples son inadecuados para medir el tamaño de moléculas muy
grandes de celulosa y sus derivados. La determinación de la viscosidad de una solución
diluida de celulosa o de uno de sus derivados es el medio más sencillo y útil de obtener el
peso molecular. Este método no es absoluto y por consiguiente debe ser normalizado por
comparación con el de presión osmótica o de la ultra centrífuga.
El peso molecular de un material celulósico produce efecto importante en alguna de sus
propiedades físicas por ejemplo: dentro de ciertos límites las propiedades mecánicas
mejoran cuando se aumenta el peso molecular. Por esta razón en la industria de la celulosa
se considera que la determinación de la viscosidad que da la medida aproximada del peso
molecular es uno de los ensayos más importante.
PROPIEDADES FÍSICAS.
De igual manera que la mayoría de los sólidos la celulosa absorbe o emite el vapor de agua
y otros vapores que hay en la atmósfera hasta que alcance el equilibrio. El contenido de
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humedad en equilibrio de la celulosa varía según los cambios de humedad relativa de la
atmósfera que se halla. Con determinada humedad relativa, el contenido de humedad que
se obtiene en el proceso de deshumedecimiento (desorción) es mayor que el se alcanza
cuando esta siendo atraída la humedad (adsorción.) La proporción de humedad de la
celulosa produce señalado efecto en alguna de sus propiedades. Por ejemplo: si por el
secamiento se elimina toda la humedad se reduce notablemente la reactividad de las
celulosas químicas durante la esterificación. La proporción de humedad influye en la
resistencia de las fibras a la atracción; la resistencia de las fibras de algodón es mayor en
estado húmedo que en el original, pero sucede lo contrario en las fibras de rayón. La
conductividad eléctrica de la celulosa aumenta considerablemente cuando es mayor el
contenido de humedad y en esto se fundan los instrumentos eléctricos con que se mide
rápidamente la humedad contenida en la celulosa.
SOLUBILIDAD Y VISCOSIDAD.
No obstante ser higroscópica la celulosa no se disuelve en agua pero sí en soluciones
concentradas de ácidos minerales fuertes como por ejemplo: Ácido sulfúrico 72 %, ácido
clorhídrico 40 % y ácido fosfórico 85 %. Experimentan hidrólisis es muy lenta a bajas
temperaturas. Las soluciones acuosas concentradas de hidróxidos alcalinos hinchan la
celulosa y aun disuelven las de poco peso molecular. El hidróxido de sodio, quien
probablemente es el mejor disolvente entre los hidróxidos alcalinos, produce su máxima
acción disolvente en concentración de 8 % poco más o menos a temperaturas cerca del
punto de congelación de la solución.
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DENSIDAD.
De los estudios sobre la estructura de la fibra se deduce que no es uniforme la densidad de
la celulosa en una sola fibra. El promedio de densidad varía según su procedencia y puede
ser modificada por tratamiento químico.
DENSIDADES DE FIBRAS DE CELULOSA.
FIBRA. DENSIDAD.
Algodón químico (linteres.) 1.571
Algodón de hebra 1.588 – 1.567
Algodón de hebra (mercerizado.) 1.546 – 1.550
Rayón de celulosa. 1.531 – 1.548
Pulpa de madera al sulfito blanqueada. 1.548 – 1.555
DEGRADACIÓN.
La degradación de la celulosa se puede efectuar por diversos tratamientos y de ella resulta
principalmente la vaporización de moléculas de la cadena celulosa y la reducción de peso
molecular. En algunos procedimientos comerciales se degrada deliberadamente la celulosa
para reducir la viscosidad de esta y de sus derivados y con ello mejorar su manipulación
en las operaciones de hilado, rociado de lacas y moldeado.
8
Cuando se hidroliza parcialmente la celulosa con ácidos se obtiene hidrocelulosa cuyas
propiedades son determinadas por las circunstancias en que se efectúa la hidrólisis. Las
hidrocelulosas suelen tener menos viscosidad y menor resistencia a la tensión, mayor
poder reductor y solubilidad en soluciones alcalinas acuosas, que en las celulosas con que
se comparen. En la formación de hidrocelulosa probablemente la única alteración química
es la ruptura de enlaces 1, 4 – glucósidos y la consiguiente producción de cadenas mas
cortas de celulosa se hace la hidrólisis con ácidos se convierten en glucosa.
La degradación de celulosa por medio de agentes oxidantes se puede efectuar en varias
condiciones con la formación de oxicelulosa que difieren notablemente en sus
propiedades. En general se forman oxicelulosas ácidas en medio alcalino de oxidación.
Según sean las condiciones de reacción la oxidación puede ocasionar las siguientes
transformaciones químicas en la molécula de la celulosa.
1. Conversión del grupo aldehído en carbonilo en la unidad de glucosa reductora
terminal.
2. Conversión de grupos de alcohol primario en carboxilos o grupos aldehídos.
3. Conversión del grupo 2, 3 glicol en grupos cetona, aldehídos o grupos aldehídicos.
Muchas veces la oxidación de fibras de celulosa reduce la resistencia a la tracción y otras
solo se reduce esta cuando se trata con álcali las fibras de oxicelulosa.
Si se calientan fibras de celulosa particularmente a una temperatura mayor de 140 ° C se
reduce la viscosidad. Cuando se excluye el oxigeno es mas lenta la degradación de
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celulosa con el calor. Las temperaturas muy altas de 1000 ° C destruyen la celulosa. La
destilación destructiva al vacío produce B – glucosana dióxido de carbono, monóxido de
carbono, agua metano y etileno. La luz disminuye la resistencia a la tracción y la
viscosidad de las fibras de celulosa. El curso de degradación es modificado por la
temperatura y humedad. El oxígeno, los catalizadores metálicos y ciertos colorantes
aceleran la degradación por la luz, otros colorantes la evitan. Las reacciones que se
producen en la degradación fotoquímica son muy complejas, pero de los resultados se
deduce que es la oxidación. Ciertas bacterias, hongos, protozoos, degradan la celulosa. De
la clase de microorganismos depende la naturaleza los productos intermedios (por
ejemplo: azucares, ácidos alifáticos y alcoholes.) El dióxido de carbono y el agua son los
productos finales de la descomposición de la celulosa por microbios.
PROPIEDADES OPTICAS.
Las fibras de la celulosa tienen dos índices de refracción y la diferencia entre las
refracciones axial y transversa se llama doble refracción. El algodón tiene refracción axial
y transversa de 1.578 y 1.532 y refracción doble de 0.046; los valores correspondientes del
lino son 1.596, 1.528 y 0.068 respectivamente. Las fibras de la celulosa son fluorescentes
a la luz ultravioleta; el algodón químico da fluorescencia blanca azulada y la pulpa al
sulfito blanqueada fluorescencia blanca.
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ESTRUCTRURA INTERNA DE FIBRAS DE CELULOSA NATURAL.
Todas las plantas contienen varias clases de celulosa de tamaño forma y estructura
características. Las maderas de confieras solo producen unas cuantas clases de células y
las maderas duras contienen mayor cantidad las celulosas fibrosas. Las maderas de
coníferas son “traqueidas” de 3 mm de largo por 0.03 mm de diámetro aproximadamente
las principales células fibrosas de maderas duras son las llamadas “fibras de maderas” que
tienen como promedio 1 mm de longitud y 0.01 mm de diámetro. La mayor parte de las
variedades de semillas tienen cubiertas las semillas en dos clases de fibras: Fibras cortas
de borra y fibras largas o hebras.
El estudio de la estructura de las fibras naturales de celulosa con ayuda de los rayos X
indica que muchas de las moléculas de celulosa en dichas fibras están dispuestas con
regularidades cristalinas y que las fibras están formadas por regiones cristalinas
(cristalitos) separadas no por linderos precisos sino por regiones amorfas que tienen
disposición más irregular de las moléculas de celulosa.
Figura # 1: Posible estructura de la celulosa natural.
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Ciertos caracteres de la estructura de dichas fibras producen señalado efecto en sus
propiedades físicas por ejemplo: las proporciones relativas de celulosa amorfa y cristalina
que contiene las fibras modifican su contenido de humedad en equilibrio su fortaleza y
flexibilidad. La mayoría de las reacciones al menos en los rimeros periodos es de
naturaleza heterogénea y por consiguiente esta subordinada a las variaciones de la
estructura de la fibra.
LIGNINA.
Lignina (del latín Lignum = leño) es después de la celulosa, el principal componente de la
madera. Siempre íntimamente asociada a la celulosa en el tejido leñoso es probable que
esté químicamente combinada con celulosa, carbohidratos u otros componentes. Su
estructura química en la madera sigue desconociéndose, pero cuando se separa de otras
sustancias, la lignina es una sustancia polimérica que tienen grupos hidroxilos y metoxilos.
Hay probablemente muchas ligninas, con propiedades y composición variables según el
origen de la lignina y el tratamiento a que se ha sometido.
Se utiliza una parte muy pequeñas de los millones de toneladas de lignina que podrían
extraerse cada año de los desperdicios de la madera. Los líquidos residuales de la industria
de la pulpa de la madera son la principal fuente de la pequeña proporción de ligninas que
se están usando. Las ligninas sirven como aglutinantes, como rellenos y como
extendedores. Otros usos que se fundan en la naturaleza de la lignina son su conversión en
materias curtientes, dispersantes para reforzar materiales de relleno para el caucho.
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NOMENCLATURA.
El término lignina se usaba ya en los comienzos del siglo XIX pero designo la sustancia de
la madera misma y después toda la porción que no era celulosa. Al progresar los
conocimientos y la destreza de los químicos se identificaron y separaron diversas
sustancias en la porción no celulósica de la madera: carbohidratos, taninos, resinas y otros
compuestos orgánicos. El residuo siguió llamándose lignina. A medida que se fueron
separando mas sustancias y se fueron acumulando datos sobre el residuo, los químicos se
convencieron de que sus propiedades eran suficientemente especificas para considerarlo
como un grupo de sustancias estrechamente relacionadas talvez un polímero de una
molécula de lignina definida y ésta hoy es la idea prevaleciente.
Para muchos la lignina es todavía un término aplicado a un residuo. Así cuando se analiza
la pulpa todo el material insoluble en ácido sulfúrico de 72 % se designa como lignina.
PROPIEDADES GENERALES.
Las ligninas aisladas experimentalmente o que se encuentran en el comercio son sólidas
friables, por lo general polvos sin fibra cristalinas visibles ni aun en el microscopio
electrónico. Según su origen tiene densidades de 1.3 a 1.4 y un índice de refracción de 1.6,
su color suele ser pardo aunque experimentalmente se han hecho muestras de ligninas de
colores muy claros.
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Las ligninas son solubles en agua, en ácidos minerales fuertes y en hidrocarburos. Su
insolubilidad en ácido sulfúrico al 72 % es la base de una prueba cuantitativa para
distinguirla de la celulosa y otros carbohidratos en maderas y pulpas de madera. Las
ligninas comerciales son solubles en soluciones alcalinas acuosas y algunas son también
solubles en muchos compuestos orgánicos oxigenados y en aminas. Por el calor las
ligninas no se funden sino que se reblandecen y después se carbonizan.
COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA.
La composición elemental de las ligninas varía entre 61 – 65 % de carbón, 5.0 – 6.2 % de
hidrógeno y resto de oxigeno. El calor de combustión se ha cifrado en 6278 Kcal. / Kg.
Las ligninas parece consistir en una mezcla de polímeros de un monómero de peso
molecular 840 – 880. La unidad molecular es, por lo menos parcialmente de estructura
aromática y se caracteriza por un hidroxilo fenólico y tres o más hidróxidos alcohólicos
secundarios o terciarios. También hay un número variable de metóxidos. Un grupo
carbónico se cree que existen en algunas ligninas, en otras faltan o no pueden demostrarse
por las pruebas usuales. El número de metóxidos depende del origen de la lignina y del
procedimiento usado para su separación del otro componente de la madera. Así, las
maderas duras dan ligninas que contienen más grupos metóxicos que las maderas blandas.
El 20 – 21 % de metóxido en las ligninas de maderas duras corresponden a seis grupos
metóxidos por monómeros: el 14 – 15 % metóxidos en las ligninas de maderas blandas
sugiere cuatro grupos de metóxidos por monómeros.
14
El estudio de espectros de adsorción ultravioleta de las ligninas indica un anillo bencénico
con un átomo de oxigeno y la presencia de grupo de cromofóricos, como carbonilos o
enlaces dobles conjugados con el anillo bencénico. El espectro infrarrojo sugiere también
un núcleo aromático y muestra una razón elevada de grupos alifáticos saturados C – H.
También aparecen hidróxidos carbonilos de aldehídos o cetonas. El estudio con rayos X
muestra imágenes típicas de red cristalina de las sustancias orgánicas de peso molecular
elevado. La baja distorsibilidad especifica de las soluciones de lignina indican que el
grado de polimerización es mucho menor que la celulosa y que los polímeros no están
formados por cadenas largas.
FUENTES PRIMARIAS.
Los árboles son, por supuesto, la fuente más abundante de lignina. Tanto la corteza como
la madera contienen lignina. Las maderas de coníferas (maderas blandas) suelen contener
mas lignina, que en promedio 28 %, que la madera de árboles de hoja caediza (maderas
duras), que en promedio tiene 24 %. La mayor parte de la lignina de la madera se
encuentra en la sustancia incrustante que está entre las fibras, las laminillas intermedias,
parece que existe alguna lignina dentro de las fibras y en las paredes de la célula.
La cantidad de lignina varía según la especie de árbol y aun en árboles de la misma
especie.
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CONIFERAS. % ÁRBOLES DE HOJA CADUCA. %
Pino blanco. 26.4 Tiemblo. 17.3
Pino mohoso. 26.6 Sauce. 22.0
Abeto rojo. 26.6 Nogal. 23.4
Pino amarillo. 26.7 Arce. 23.5
Abeto balsámico. 30.1 Roble. 24.1
Cedro amarillo. 31.3 Eucalipto. 25.1
UTILIZACIÓN DE LA LIGNINA.
Son tan abundantes las fuentes de lignina que no resultaría útil hacer un calculo de los
millones de toneladas potencialmente disponibles cada año, pero que actualmente se
desperdician. Los desperdicios de la madera y los residuos de operaciones agrícolas serian
fuente prodigiosa. Una fuente más pequeña de lignina, pero quizás la más accesible, la
industria de la pasta para papel, puede por si sola suministrar lignina en cantidades muy
superiores a las ideas actuales de su posible utilización.
Figura # 2: Posible estructura monómera de la lignina.
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1. 2. EL MAÍZ.
HISTORIA.
El 15 de noviembre de 1492 dos mensajeros de Colón, al regresar de una exploración a
Cuba, declararon haber visto "una clase de grano, que llaman maíz, de buen sabor
cocinado, seco y en harina". El maíz se fue encontrando luego sucesivamente en toda
América, desde Chile hasta Canadá. Aunque los conquistadores no llegaron a darse cuenta
de ello, este grano dorado nativo de América era de mayor importancia para el mundo que
todo el oro y la plata de México y el Perú.
Actualmente no hay ningún país en el América Latina que no siembre maíz. En las tierras
bajas del trópico se pueden producir varias cosechas al año; en otras regiones se da una,
por lo general. El maíz constituye, con los frijoles, el alimento fundamental en el país de
México y la América Central. En E. E. U. U., en donde se llama corn, el maíz se produce
en escala gigantesca. Se estima que si la cosecha anual de dicho país se colocara en
camiones de tamaño corriente, formarían una fila o procesión que daría la vuelta a la tierra
cinco o seis veces.
Las plantaciones de maíz cubren más de la décima parte de las tierras laborales de E. E. U.
U. La cosecha anual medida es superior a 100 millones de toneladas y su valor, varias
veces mayor que el de la producción anual de oro y plata en todo el mundo. Así pues,
tanto en valor como en área cultivada, el maíz supera a todas las otras producciones
agrícolas de E. E. U. U. Aparte de E. E. U. U., los principales países productores son:
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China, la U. R. S. S., Brasil, México, Francia, Yugoslavia, Rumania, Italia, Republica de
Sudáfrica y Argentina.
1. 3. GENERALIDADES DEL MAÍZ.
El maíz pertenece a la familia de las gramíneas. La planta alcanza de medio metro a seis
metros de alto. Las hojas forman una larga vaina íntimamente arrollada al tallo y un limbo
más ancho, alargado y flexuoso.
Del tallo nacen dos o tres inflorescencias muy densas o mazorcas envueltas en espatas, en
la axila de las hojas muy ceñidas. En cada mazorca se ven las filas se ven las filas de
granos, cuyo número puede variar de ocho a treinta. A cada grano le corresponde un largo
hilo sedoso que sobresale por el extremo de la mazorca. El tallo de la planta está rematado
en el extremo por una gran panoja de pequeñas flores masculinas; cuando el polen ha sido
aventado, se vuelven secas y parduscas.
COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA PLANTA.
La planta de maíz es un excelente forraje al consumirse verde, ensilado, henificado o aun
el rastrojo. Son deseables variedades de maíz con bajos porcentajes de tallo y altos
porcentajes de hoja y olote (tusa) por sus contenidos de carbohidratos y proteínas.
En la siguiente tabla muestra componentes nutricionales de las diferentes partes del maíz.
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TABLA # 1: COMPONENTES NUTRICIONALES DE DIFERENTES PARTES
DEL MAÍZ.
NUTRIENTES. OLOTE. MAZORCA. GRANO.
Materia seca. (%) 90.40 87.00 89.00
Proteína. (%) 2.50 9.30 10.00
Nutrientes digestibles totales. (%) 47.00 85.00 88.00
Energía digestible. (MCal) 2.07 3.74 3.87
Energía metabolizable. (MCal) 1.64 3.34 3.49
Energía neta para mantenimiento. (MCal) 1.06 2.23 2.28
Energía neta para ganancia de peso. (MCal) 0.25 1.39 1.48
Energía neta para la lactancia. (MCal) 1.03 1.96 2.03
Fibra cruda. (%) 35.50 9.30 2.20
Calcio. (%) 0.12 0.05 0.02
Fósforo. (%) 0.04 0.61 0.35
Fuente: El maíz y su cultivo. Alberto Betollini. Edición # 1. Año 2001
COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL GRANO.
El fruto de la planta del maíz se llama comercialmente grano, botánicamente es una
cariópside y agrícolamente se la conoce como semilla. El endospermo incluye el 82 % del
grano, el pericarpio el 6 % y el embrión el 12 %. La composición promedio de la materia
seca del grano entero, es la siguiente:
19
COMPONENTE. %
Almidón. 72.40
Grasa (aceite.) 4.70
Proteína. 9.60
Cenizas. 1.43
Azucares. 1.94
Fibra. 9.93
Pericarpio : Cubierta del fruto, de origen materno, se conoce como testa, hollejo o
cáscara.
Aleurona : Capa de células del endospermo, de naturaleza proteica.
Endospermo : Tejido de reserva de la semilla que alimenta al embrión durante la
germinación. Es la parte de mayor volumen. Dos regiones bien
diferenciables hay en el endospermo suave y harinoso y el duro o
endospermo vítreo. La proporción depende de la variedad
Escutelo o
cotiledón
: Parte del embrión
Embrión o
germen:
: Planta en miniatura con la estructura para originar una nueva planta, al
germinar la semilla.
Capa
terminal:
: Parte que se une al olote, con una estructura esponjosa, adaptada para
la rápida absorción de la humedad. Entre esta capa y la base del
germen se encuentra un tejido negro conocido como capa hilar, la cual
funciona como un mecanismo sellante durante la maduración del
grano. La formación de la capa negra indica grano maduro.
20
FIGURA # 1: DIAGRAMA DE UN GRANO DE MAÍZ Y EL NOMBRE DE SUS
PARTES.
21
TIPOS DE MAÍZ.
Hay seis tipos fundamentales de tipos de maíz: dentado, duro, blando o harinoso, dulce,
reventón y envainado. El maíz dentado es el que se cultiva en mayor cantidad en Estados
Unidos, se distingue cuando se seca la parte superior del grano, adquiere éste la forma de
un diente.
Los granos del tipo duro son muy consistentes y las mazorcas generalmente son largas y
delgadas. Algunas variedades de este tipo maduran muy pronto. El maíz blando y harinoso
se llama también maíz de las momias, porque es la variedad que generalmente se
encuentra en las sepulturas de los aztecas e incas. Se lo cultiva extensamente en el Sur de
E. E. U. U. y en México.
Los granos son blandos aun en completa madurez. Algunos son pequeños, pero otros,
como los granos gigantescos del maíz de Cuzco, en el Perú, pueden alcanzar hasta dos
centímetros de diámetro. El maíz dulce es el que más se consume en E. E. U. U. para
enlatar o comer directamente de la mazorca. La clase reventón es de granos pequeños y
muy duros. El nombre proviene del hecho de que estalla cuando convierte el agua del
interior en vapor. Un alimento indio antiguo, los granos reventados o pop corn, es el maíz
más común de los que se han encontrado en las antiguas tumbas del Perú, en donde se han
descubierto también utensilios para reventar el grano.
El maíz envainado es muy curioso porque cada grano esta encerrado en una pequeña
cascarilla propia, además de las que cubren la mazorca. Al igual que el reventón, es una de
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las clases más antiguas de maíz cultivado. En la América del Norte se han encontrado
ejemplares que pueden perfectamente considerarse anteriores 2,000 años a la iniciación de
la era cristiana. Este maíz es poco cultivado comercialmente, pero también era conocido
de los indios de la América del Sur. Hace un siglo y medio que Félix de Azara,
comisionado español en el Paraguay, describió una clase de maíz cuyos granos estaban
encerrados en una cubierta. Se trataba del maíz encasquillado.
TABLA # 2: RAZAS DE MAÍZ DESCRITAS A LA FECHA PARA CADA REGIÓN
O PAÍS Y LA TEXTURA DE GRANO RESPECTIVA.
País o región.
Razas con tipos de textura de grano indicada. Total
Razas y
Sub razas Dentado. Duro. Reventón. Dulce. Harinoso.
E. E. U. U. 6 3 3 10
México. 18 22 7 2 5 36
Centroamérica. 5 22 4 15
Antillas. 4 5 2 7
Colombia. 2 15 5 1 9 23
Venezuela. 5 13 4 4 19
Ecuador. 5 15 3 1 15 30
Perú. 9 17 6 1 36 49
Bolivia. 5 16 3 1 13 31
Chile. 6 5 4 2 17 18
Brasil. 11 19 9 1 32 52
Total. 76 152 42 9 138 290
Fuente: El maíz y su cultivo. Alberto Betollini. Edición # 1. Año 2001.
23
ADAPTACIÓN.
El maíz es una de las plantas más útiles al hombre. Una de las principales características es
su gran adaptación, ya que se cultiva desde el Ecuador a diferentes latitudes norte y sur;
desde el nivel del mar, hasta mas de 3200 metros sobre el nivel del mar; en suelos y climas
muy variables y con una tecnología muy diversa.
Las principales regiones en el mundo con mejor productividad son
a) El cinturón o faja maicera en Estados Unidos con localización principal en Iowa e
Illinois.
b) Cuenca del Danubio en Europa, extendiéndose desde el Sudoeste de Alemania
hacia el Mar Negro.
c) Las llanuras del Río Po, al Norte de Italia.
d) Las llanuras del Norte de China.
e) Noreste de Argentina.
f) Sudeste de Brasil.
g) América Central.
h) Noroeste de América del Sur.
i) México.
Se adapta mejor en suelos húmedos y fértiles, en regiones subtropicales templadas y en
regiones tropicales altas, con temperaturas altas durante el día y bajas durante la noche.
24
FERTILIZACIÓN.
Una buena fertilización del cultivo de maíz se logra cuando se conjugan los siguientes
criterios:
Estado de fertilidad del suelo (análisis del suelo.)
Requerimientos nutricionales del cultivo. Una cosecha de 3800 kilogramos por
hectárea, se extrae:
106 Kg de nitrógeno (N.)
39 Kg de fósforo (P.)
78 Kg de potasio (K.)
6 Kg de calcio (Ca.)
6 Kg de magnesio (Mg.)
6 Kg de azufre (S.)
Potencial de producción del cultivo. Correlacionado con las variedades usadas.
Eficiencia de la fertilización. Interacción suelo-fertilizante.
Costo y rentabilidad de la aplicación.
Durante casi todo el periodo de crecimiento el maíz absorbe grandes cantidades de
nitrógeno, por lo cual la aplicación fraccionada de este elemento hace que los
rendimientos aumenten entre 10 – 15 %. Cuando el pH es menor de 5.5 y los suelos tienen
mas de 2.0 mEq de aluminio por 100 gramos de suelo es necesario encalar, en lo posible
un mes antes de la siembra en dosis de 500 a 2000 kilogramos por hectárea de calfos o
dolomítica.
25
CULTIVO.
Actualmente las variedades perfeccionadas de maíz requieren un suelo arcilloso de buen
desagüe y cálido. Se sabe que el maíz produce más si se siembra después de una cosecha
de leguminosas en rotación con otras plantas. El tiempo de desarrollo varía desde dos a
siete meses. El clima ideal del maíz es con mucho sol, frecuentes lluvias durante los meses
de verano, noches cálidas y humedad bastante alta.
El maíz es realmente un producto tropical, y no puede darse en regiones situada muy al
Norte cuando las noches de verano resultan frías. Excesivas lluvias lo perjudican. Después
de que el maíz emerge de los campos debe mantenerse el suelo libre de malezas y hay que
luchar contra los insectos. Existen muchos insectos que atacan el maíz, entre ellos la oruga
del insecto agrostis o trozador, que destruye las plantas jóvenes, el horadador o talador de
maíz, la larva del blissus y el gusano de l maíz heliothis, que ataca la mazorca.
Algunas de las enfermedades más importantes del maíz son: el carbón, la roya, o el
anublo, la podredumbre de las mazorcas y la enfermedad de Stewart. Otros Enemigos son
ciertos pájaros y animales que se comen las semillas recién plantadas o la cosecha, al
madurar.
La mayor parte del trabajo de la plantación, cultivo y cosecha del maíz en las grandes
haciendas de E. E. U. U. se hace a maquina. Máquinas sembradoras a cuatro hileras,
escarbadoras de dos a cuatro hileras y recolectoras mecánicas son algo que se ve con
frecuencia en dicho país. El maíz se puede recolectar de distintas maneras. En las fincas
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pequeñas las cañas suelen cortarse cuando las mazorcas están maduras y se les quitan las
espatas y hojas secas.
En las haciendas grandes se dejan las cañas en pie hasta que las mazorcas y sus cubiertas
estén bien secas. Luego se colectan a mano o con máquinas y se almacenan en el granero.
Estos son locales sombreados especialmente construidos y ventilados para permitir la
continuación del proceso de secamiento y para proteger el maíz de la humedad y de los
roedores. A fin de facilitar el uso de la planta como forraje durante el invierno se puede
cortar las matas enteras y secas para ensilarlas. En el silo fermentan débilmente y toman
un sabor y olor ligeramente ácidos que agradan a los animales.
RIEGO.
Para el maíz como para cualquier otra planta, el agua es un factor fundamental para su
buen desarrollo vegetativo. Solamente un conocimiento suficientemente profundo de la
fisiología del maíz permite realizar un riego racional.
El riego ideal consiste en proporcionar a la planta todo el agua que necesita para cubrir su
ciclo vegetativo. El problema mayor consiste en determinar la cantidad efectivamente
necesaria y los periodos más favorables para su aplicación en el campo.
Una parte del agua de lluvia se pierde por escorrentía, que es mas o menos grande según la
intensidad con que caen las precipitaciones, pero la mayor parte de esta agua penetra en el
terreno y es retenida por las partículas del suelo. Se forma así una reserva de agua que se
27
va poniendo poco a poco a disposición de las plantas. A esta agua se la denomina reserva
útil y, en relación con ella, es muy importante que el sistema radicular del maíz sea
profundo y que el suelo sea rico en limo y arcilla.
COSECHA.
El maíz facilita distintos usos en diferentes estados de madurez del cultivo como son:
forraje verde, henificación, mazorca o choclo y maíz seco. Las dos últimas formas son las
más importantes en Ecuador. El momento oportuno para la recolección, cuando se destina
la producción a la obtención de la mazorca ocurre unos 30 o 40 días después de la
floración. Este tipo de cosecha es importante para el agricultor cuando las condiciones de
clima se prevén desfavorables y cuando se presentan robos en la zona. Es una práctica
completamente manual. La cosecha de grano seco puede hacerse mecánicamente en zonas
que permiten el uso de maquinaria y manual en regiones de ladera.
El momento oportuno para la recolección se da entre los 60 y 80 días después de la
floración con un contenido de humedad del grano de 16 a 18 %. Son índices para la
recolección, la aparición de un punto o capa negra entre el grano y la tusa y la inclinación
de la mazorca. Cuando se llega a un 50 % de mazorcas inclinadas, el grano tiene un
porcentaje de humedad de 20 % aproximadamente. La cosecha puede hacerse en dos
formas: la primera con capacho, es decir tomando la mazorca completa en el campo, y la
segunda sin capacho. Luego se desgrana por aporreo (garrote) o con desgranadora manual
o mecánica.
28
EMPLEO DEL MAÍZ.
El maíz tiene muchos usos y sus productos secundarios son más numerosos aún. En
México se consume principalmente en forma de tortillas, tamales, pozole (un rico
estofado), pinole (tostado y pulverizado), atole, roscas, esquite (tostado, sin moler), etc. La
bebida indígena en los Andes, y fuera de ellos, es la chicha, bebida espirituosa semejante a
la cerveza que se elabora con maíz fermentado.
También se hace del maíz una harina y, entre otros, ciertos preparados para desayuno que
se han generalizado mucho. El maíz es rico en almidón, que se utiliza en el lavado de ropa
y en la cocina. Con cierto tratamiento químico se hace un jarabe del almidón del maíz. De
parte de este jarabe se obtiene azúcar de maíz o glucosa.
El almidón calentado y pulverizado se convierte en dextrina. En esta forma se emplea para
preparar pastas adherentes y mucílagos, como el de los sellos de correo y de las solapas de
los sobres. De los granos germinados se separan los gérmenes, los cuales se secan, trituran
y se extrae de ellos, por presión, aceite de maíz. Dicho aceite se utiliza como alimento y
también en la fabricación de los barnices, pinturas, cauchos artificiales, y jabones. El
residuo sirve aún como forraje.
El alcohol del maíz se emplea en grandes cantidades en la fabricación del caucho sintético.
El zuro de maíz (tusas de maíz) se emplea para hacer pipas baratas de fumar y en nuestro
caso en particular trataremos de obtener un tipo de carbón activado de similares
características que el carbón activado comercial. De las tusas se extrae también la
29
sustancia química frutal, importante en la elaboración de resinas, disolventes e
insecticidas. El zuro se utiliza también como combustible por su lenta degradabilidad.
Los tallos y vainas se emplean para hacer colchones baratos. La médula de los tallos sirve
para elaborar algodón pólvora. La pulpa de las cañas del maíz se emplea cada día más para
fabricar papel. En la construcción de ciertos tabiques se utiliza cañas de maíz en vez de
yeso.
IMPORTANCIA DEL MAÍZ.
El maíz es una de las plantas más útiles al hombre. Su importancia puede analizarse en
diversos aspectos como son: el académico, el científico, el social y el económico.
Académico.
Es una planta de amplio espectro en su utilidad para múltiples ejemplos y medios de ayuda
en cursos de biología, química y agronomía. Son escasas las especies de plantas que
compiten con el maíz.
Científico.
Como recurso biológico para explicar teorías, principios y leyes que han contribuido en
los avances de las ciencias biológicas y sus aplicaciones en agronomía; en la creación de
30
nuevas tecnologías que se aplican en fitotecnia y conocimiento de causas que explican los
efectos en diversos caracteres de plantas y animales.
Social.
El maíz significa trabajo, moneda pan y religión para grandes conglomerados humanos. La
agricultura es un oficio para el trabajador que emplea sus fuerzas musculares para realizar
diversas actividades agrícolas como medio de obtener un ingreso.
Es un arte para el productor que emplea su inteligencia directriz, sus artificios, habilidades
y conocimientos administrativos, económicos y de planeación para obtener mayor
productividad de la tierra y es una ciencia para el agrónomo o profesional relacionado
(veterinario, químico, biólogo, bioquímico, ingeniero químico) que estudia las relaciones
causa – efecto, las leyes y principios que rigen el proceso agrícola, plantean hipótesis y las
prueba por medio de experimentos diseñados conforme al método científico, modifica,
mejora, crea y desarrolla nuevas tecnologías o descubre hechos.
El maíz representa un bienestar social entre los pueblos que lo producen, evitando así la
dependencia del extranjero y resguardando su soberanía al no tener que importar este
producto básico. En grandes áreas del Ecuador y del mundo, el cultivo del maíz es
actividad y alimento de los pueblos; por lo tanto una escasez acarrea grandes problemas
sociales.
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Económico.
La importancia del maíz en el mundo y en Ecuador se manifiesta por los siguientes rubros:
significa bienestar económico para los países autosuficientes y / o exportadores; los
múltiples usos como alimento humano directo o transformado en carne, huevos, leche y
derivados; como insumo en la industria por su amplia área geográfica de cultivo, ya que se
encuentra en 134 países dispersos en el mundo (82 % de los países lo producen) por su
alto volumen de producción.
1. 4. PRODUCCION EN EL PAÍS.
En el Ecuador se puede sembrar en todos los valles bajos de la sierra, cuyas altitudes no
sobrepasen los 2600 metros sobre el nivel del mar, con temperaturas que oscilan entre 15 y
21 ° C. La costa ecuatoriana también se presta para el cultivo de esta gramínea, pues su
temperatura hace que el ciclo biológico se acorte y el cultivo pueda efectuarse dos veces al
año, sobre todo en zonas donde están bien definidas las épocas seca y lluviosa. La zona
donde se espera que prospere económicamente el maíz debe tener ciertos requisitos de
temperatura máxima y mínima, pues hay que evitar en lo posible épocas heladas, los
fuertes vientos, las lluvias en el momento de la fecundación y los granizados, lo que
ocasionaría la caída de las hojas y aun la perdida del producto.
En el periodo de pre – madurez, el medio seco lo favorece, pues evita el desarrollo de
enfermedades, lográndose una óptima calidad de grano debido a una buena maduración.
Para su desarrollo normal son suficientes de 250 a 440 mm de lluvia.
32
Las principales regiones del Ecuador donde se podría cultivar el maíz con buenos
resultados son:
En la Sierra:
Provincia de Imbabura: Valle del Chota, Juncal, Salinas, etc.
Provincia del Pichincha: Valle del Tumbaco, Puembo, Yaruqui, Quinche, Chillos, Pifo y
Pomasqui.
Provincia del Tungurahua: Valle del Patate.
Provincia del Azuay: Valle del Paute, Gualaceo, Sigsig y Yunguilla.
Provincia de Loja: Valle del Cotacocha, Macará, Malacatos, Vilcabamba, Catamayo y La
Toma.
En la Costa.
Provincia del Guayas: Salinas, Ancón, Santa Elena, Daule, Manglararto, Milagro, Boliche,
etc.
Provincia del Manabí: Valle de Portoviejo, Bahía de Caráquez.
Provincia de El Oro: Toda la parte del sur.
Provincia de Esmeraldas: Zona de Esmeraldas, Táchira.
Provincia de Los Ríos: Los Vergeles, Quevedo, Vínces.
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La siguiente tabla nos muestra la producción de maíz amarillo en el Ecuador en un periodo
comprendido entre los años 1993 y 2002 los valores se dan en Toneladas métricas.
TABLA # 3: PRODUCCIÓN DE LOS PRINCIPALES CULTIVOS DE MAÍZ EN
EL ECUADOR.
Años. Consumo Interno.
(Maíz Suave.)
Uso Industrial.
(Maíz Duro.)
1993 94109 487129
1994 83583 497819
1995 67696 489692
1996 72763 513000
1997 100001 571920
1998 87369 213002
1999 76397 407467
2000 72213 515303
2001 74593 502844
2002 74590 412332
Fuente: Banco Central del Ecuador. Departamento de Estadísticas.
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GRAFICO # 1.
PRODUCCION DE MAÍZ EN EL ECUADOR.
Produccion de Maíz en el Ecuador.
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
Años.
Tone
lada
s M
étric
as.
Cosumo Interno (Maíz Suave.) Uso Industrial (Maíz Duro.)
35
1. 5. EL CARBÓN ACTIVADO.
Las propiedades del carbón activado se conocieron y se estudiaron antes de que se ideara
la expresión carbón activado. Por consiguiente la historia primitiva de este producto esta
en la literatura sobre el carbón vegetal y el carbón de otros huesos, sangre, etc.
1. 6. GENERALIDADES DEL CARBÓN ACTIVADO.
HISTORIA.
Según J. Kauch la capacidad del carbón vegetal para eliminar el color en una solución se
conocía ya en el siglo XV pero la primera alusión a este respecto aparece en el año 1785 y
lo hace Howitz ocho años después que Scheele y Fontana describieron la adsorción de
gases. Al parecer se hizo muy poco uso de la información hasta que Finguier en 1811
descubrió que el carbón de huesos y el de vegetal eran los más eficaces para decolorar, al
principio se aplicaba pulverizado y se desechaban después de usado una sola vez, pero
pronto se descubriría la forma para reactivarlo.
Bussy descubrió que los carbones obtenidos por calentamiento de sangre con potasa tenían
un poder decolorante 20 a 50 veces mayor que el obtenido solo de huesos y durante
algunos ensayos se empleo el carbón de sangre. Stenhouse preparo en 1856 un carbón
calentando una mezcla de madera y carbonato de magnesio y Lee preparo en 1853
carbones desodorizantes por acción del vapor de agua y el aire calienta sobre la turba.
36
Durante el siglo XIX se patentaron otros procedimientos muchos de los cuales son
semejantes a los utilizados en la industria.
Varios factores explican el retraso en el desarrollo industrial del Carbón activo. La
producción de este carbón activo exige un control mucho más minucioso del medio de
activación que el carbón de huesos. En 1872 la protección contra los gases tóxicos y la
purificación del agua potable fueron las necesidades industriales de purificación.
Hacia el año 1900 se invento Ostrejko, dos procedimientos importantes para la activación
en uno de ellos se someten al carbón a una oxidación controlada con CO2 a temperatura
elevada, el otro consiste en incorporar cloruros metálicos a la materia prima antes de la
carbonización. El interés del Carbón Activado no se generalizo hasta la primera guerra
mundial, la publicidad dada durante ella al uso del Carbón activado para la protección
contra los gases de guerra llamo toda la atención de todos sobre las propiedades de esta
sustancia.
1. 7. CARACTERÍSTICAS FISICO – QUÍMICAS DEL CARBÓN ACTIVADO.
Las características del carbón activado se conocieron y se estudiaron antes de que se
ideara la expresión carbón activado.
Los carbones activados están hechos de materiales básicos los cuales generalmente
comprenden una gran proporción de materiales biológicos y ligaduras las cuales son
usadas para dar fuerza y energía, reteniendo juntas las partículas del material base. Cuando
37
solo se han carbonizado los materiales básicos estos se contraen y dan un carbón de
apariencia amorfo. Las ligaduras se expanden llegando a ser macroporos y generalmente
producen un residuo lustroso.
Este carbón amorfo ha sido sometido a tratamientos especiales con el fin de aumentar
grandemente su superficie, por formación intermedia de poros. Esta estructura eleva
grandemente su capacidad adsorbente de gases y vapores así como de sustancias disueltas
o dispersas liquidas.
El carbón vegetal activado es una forma de carbón amorfo, caracterizada por su gran
capacidad de adsorción de gases y de vapores sólidos coloidales. El carbón se obtiene por
destilación destructiva de madera, cáscara de arroz, concha, huesos de animales u otros
materiales carbonáceos. Se activa por calentamiento a 800 y 900 ° C con vapor o con
dióxido de carbono que da como resultado una estructura interna porosa (semejante al
panal de miel.) La superficie interna del carbón activado se calculado que se encuentra
entre los 300 y 2500 m2 por gramo.
En las aplicaciones de fase liquida estos operan en el proceso de adsorción, removiendo
coloides y sustancias orgánicas y de gran peso molecular, que dan origen al olor
desagradable, color y sabor desagradable de los productos. Son usados en la decoloración
de aguas de procesos y detergentes de aguas, en la obtención de oro en proceso de
cianuración, etc.
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En las aplicaciones de la fase gaseosa, incluyen en la adsorción de solventes dispersos,
tales como:
Acetona.
Benceno.
Ciclo hexano
Cloroformo.
Heptanopentano.
Tetra cloruro de carbono.
Xileno.
Kerosene.
Thinner.
1. 8. MECANISMOS DE ADSORCIÓN.
ASPECTOS ELEMENTALES DE LA ADSORCIÓN.
Los átomos y las moléculas son mantenidos juntas en un sólido por fuerzas de cohesión
que en un rango de enlaces fuertes de valencia a las fuerzas débiles de atracción de Van
Der Waals.
Las moléculas en el interior de un sólido están cercadas completamente,
consecuentemente sus fuerzas atractivas son satisfechas en todos lados. Las fuerzas
39
atractivas no cesan abruptamente en la superficie. En el instante que ellos se extienden
hacia fuera y pueden ser capturadas por moléculas fluidas errantes, un fenómeno que es
conocido como “adsorción.”
Los términos adsorbente y adsorbato describen al sólido y sus moléculas capturadas.
Pero las fuerzas de radiación desde la superficie del sólido no se presenta solas, ellas están
unidas con fuerzas atractivas de radiación desde la molécula del fluido y la atracción
tejidas combinando una afinidad de adsorción.
Si continúan esas sustancias teniendo gran afinidad será adsorbida en preferencia a esos
con menor afinidad si otras fuerzas no intervienen. Otras propiedades tal como la
condensabilidad de un vapor o solubilidad de un soluto puede varias veces aumentar una
cierta adsorción y disminuir otra.
La adsorción es vista como un fenómeno de superficie y es bien comprendido como un
concepto significante, subconscientemente pensamos en la superficie como el exterior de
una sustancia material. Sin embargo, una superficie es realmente un limite porque donde
la masa de un cuerpo termina, la masa de otro empieza. Considerando un sólido inmerso
en un líquido. Allí la superficie del líquido; y la región encerrada por esas dos superficies
es una interfase. En vista de esto es posible desafortunadamente que nosotros nos
referimos a la adsorción que ocurre sobre una superficie.
40
Sin embargo, nosotros podemos y debemos mantener en mente que la superficie del sólido
es justo una parte de una región interfacial y realizar que las masas de ambos lados de la
interfase que participa. La afinidad de la adsorción halaría moléculas a la interfase que
puede ser asistida u opuesta por fuerzas sobre el otro lado de la interfase.
Tenemos un ejemplo simple: al disolver polvo del solvente hala moléculas afuera de la
superficie y habría una fuerza que hala para estos que son más solubles. La interacción de
todas las fuerzas variadas operando en la interfase es confusa e indistinta. Sin embargo, la
experiencia que pensamos en distinta manera y que significa por donde podemos mejorar
la efectividad de un proceso de adsorción.
CARACTERÍSTICAS DE ADSORCIÓN DE UNA FASE GAS – VAPOR.
Las moléculas permanecen en el estado de gas – vapor donde la energía de separación y
traslación esta contenida en el movimiento de las moléculas.
Para adherirse a la interfase, esa energía debería ser desplazada para integrar las moléculas
al estado descanso.
Cuando el carbón activado está presente en el sistema, nosotros podemos visualizar que la
afinidad de adsorción estruja la energía, la cual es dejada en libertad en forma de calor de
adsorción.
41
Si una cantidad insuficiente de carbón está presente algo de gas – vapor en las moléculas
no serian adsorbidas pero permanecen en el lado del gas – vapor de la interfase.
Estos pueden ser adsorbidos por añadir mas carbón o alternativamente por bajas
temperaturas del sistema.
Cuando la temperatura es mas baja, la energía es removida desde el movimiento de las
moléculas, y menos fuerzas atractivas se necesitan para desplazar la energía residual de
cada molécula.
La fuerza así ahorrada es disponible para atraer mas moléculas gas – vapor al estado de
descanso. Muchas características de nuestro presente conocimiento de adsorción, de gas y
vapor son contornos en una investigación de SAUSSURE publicados en 1814. Él encontró
que las sustancias porosas tales como un carbón tomaría muchos gases pero en diferentes
cantidades y que los demás gases condensables son adsorbidos en grandes cantidades.
Muchos estudios subsecuentes son confirmados que cuando las adsorciones son
conducidas a temperaturas idénticas a 20 ° C, existe una correlación entre la adsorbilidad y
el punto de ebullición, también a la temperatura critica.
Como podemos expresar de otra manera, vapores que realmente se condensan en el estado
liquido debería ser mas adsorbido que los gases que licuaron solo si cuando se enfriaron a
bajas temperaturas. Tal interdependencia es esperada, puesto que como moléculas, las
42
cuales pueden ser más lentas que el comparado descanso o el estado liquido que debería
ser el mismo a ser mas fácilmente capturado por una superficie sólida.
Tempranas investigaciones descubrieron la adsorción como superficie condensada y hoy
generalmente aceptado que las fuerzas que atan moléculas o un líquido son un gran factor,
es una adsorción física a superficies sólidas. Una atracción fuerte es contribuida por la
superficie sólida esto es demostrado por un lecho que esos vapores se condensan sobre la
superficie sólida bajo condiciones que son inadecuadas, a las causas normales de
condensación de un líquido.
Una ilustración familiar es la forma en el cual las partículas de polvo disponibles, a vapor
sobresaturado a condensarse a un líquido o en la manera de formar rocío sobre superficies
sólidas cuando la humedad no es suficiente precipitar como una niebla.
En presentación la contribución de superficies sólidas no deberían ser perdidas de vista en
un hecho que la cooperación de moléculas de vapor es esencial y una medida mas grande
de asistencia puede ser suministrado por moléculas que mas realmente condensar un
liquido.
Los gases tienen un bajo punto de ebullición y una temperatura critica no son apreciables
ser adsorbidas a 0 ° C. Sin embargo ellos pueden ser adsorbidos en grandes cantidades a
suficientes bajas temperaturas. Por aproximación ajustada de la temperatura es a menudo
posible separar tales gases por adsorción.
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Aunque la condensabilidad es un mejor factor, la cantidad de gas o vapor adsorbido no
siempre es exacto la correlación con el punto de ebullición o la temperatura critica. Las
desviaciones aparecen en la siguiente tabla:
TABLA # 4: ADSORCIÓN DE GASES A 0 ° C CON CARBÓN ACTIVADO.
GAS. PUNTO
EBULLICION.
TEMPERATURA
CRITICA.
GAS ADSORBIDO.
cc / gr. Carbón.
Helio. - 268 - 267 2
Hidrógeno. - 253 - 241 4
Nitrógeno. - 196 - 149 1.5
Monóxido de C. - 190 - 136 21
Oxigeno. - 183 - 119 18
Argón. - 186 - 117 12
Dióxido de C. - 78 131 20
Amoniaco. - 33.5 130 50
En muchos estudios la adsorción de diferentes vapores es medida a temperaturas idénticas,
una condición que aumenta la influencia del factor de condensabilidad. A bajas presiones,
la adsorción se incrementa con tamaños moleculares, en series homologas. La adsorción
también se incrementa cuando un átomo de oxigeno, cloruro o nitrógeno es introducido en
una molécula química orgánica que tiene que ser interpretado una atracción directa al
carbono para tal sustitución de átomos.
44
1. 8. 1. ADSORCIÓN EN FASE LIQUIDA.
Desde un punto de vista industrial, la adsorción es especialmente un método de separación
y como tal, su utilidad tiene que valorarse por comparación con otros métodos de
separación.
Se emplea la adsorción cuando otros métodos empleados son insuficientes para efectuar la
separación de una impureza. Ejemplo: cuando se tiene el mismo punto de ebullición que el
producto y no puede separarse por destilación fraccionada.
Cuando la sustancia que hay que purificar es el principal componente de la materia prima,
lo usual es establecer condiciones por medio de las cuales son adsorbidas las impurezas y
la sustancia deseada permanece en solución.
Sin embargo, cuando la sustancia deseada esta en pequeña cantidad en la materia prima,
puede concentrarse y purificarse por adsorción o extraerla después por filtración en
condiciones adecuadas.
Ciertas impurezas pueden producir espuma durante las operaciones de concentración o
reducir la rapidez de filtración o retrasar la formación de cristales en la cristalización o
inhibir reacciones químicas.
El uso de carbón activado para eliminar las impurezas por adsorción corrige todas esas
dificultades.
45
Los carbones activados son producidos bajo rigurosos controles y altas temperaturas son
muy eficaces para la remoción de una gran variedad de impurezas. Se los dispone en
forma granular y en polvo y son utilizados para adsorción en procesos en fase liquida y
gaseosa respectivamente. Los carbones activados en polvo presentan una superficie porosa
interna muy grande.
Son útiles para el tratamiento y purificación en aplicaciones en fase liquida, donde se
requiere de un mínimo contacto entre las partículas de carbón activado y las impurezas
tales como: colorantes, olores indeseables, etc., que son removidos de forma eficaz. Por
sus elevados poderes de adsorción, con pequeñas dosis se puede lograr excelente
filtrabilidad.
CARACTERÍSTICAS DE ADSORCIÓN DE FASE LIQUIDA.
Las fuerzas variadas actúan en la interfase sólida – liquida provista de un fenómeno
complejo que es formidable analizar. La suma algebraica de todas las fuerzas es medida
por la cantidad de sustancia adsorbida por un peso de carbón.
Algunos factores influyen en la adsorción en la interfase carbón – líquido:
Atracción de carbón por el soluto.
Atracción de carbón por solvente.
Poder de solubilización del solvente por el soluto.
Asociación.
46
Ionización.
Efecto del solvente sobre la orientación de la interfase.
Tamaño molecular de moléculas en el sistema.
Área de superficie del carbón.
Concentración de los constituyentes
ASPECTOS GENERALES DE LA ADSORCIÓN Y DESORCIÓN.
FASE ADSORCIÓN.
El proceso de adsorción y desorción tienen importancia teórica y practica. Desde un
ángulo puramente científico, ser la base sobre la naturaleza de la adsorción y tener valores
prácticos que en veces ellos constituyen una fase en la preparación del carbón para
reutilizar, la desorción es generalmente una fase esencial en el descubrimiento de
sustancias de valor tales como vapores de productos de importancia biológica en la
industria de solventes. Excepto en esos casos en los cuales las moléculas adsorbidas son
ligadas a la superficie del carbón, la capa adsorbida está en condición dinámica. Las
moléculas están continuamente abandonando la superficie para ser reemplazadas por otras
que llegan desde la base fluida.
El carbón activado es una sustancia, en la cual los átomos superficiales con una apreciable
fracción del numero total de los mismos; consiste del carbón sólido que forma una fina red
o túnel que se extiende a través de toda la muestra. Muchas moléculas al ser separadas,
47
son tan pequeñas que penetran en estos túneles y son arrastradas con el carbón, mientras
las de mayor tamaño no lo hacen, lográndose así la separación.
Además el mecanismo anterior, la gran superficie interior del carbón está constituida de
átomos de carbono que tienen valencias insaturadas; Ellos pueden atraer moléculas
especialmente, las polares explicándose así su altísima adsorción que es la característica
del carbón activado.
La cantidad de sustancia que puede ser recuperada por un proceso de adsorción y
desorción puede ser vista como la diferencia entre la cantidad adsorbida bajo favorables
condiciones vs. La cantidad adsorbida bajo menor condición favorable adsorbida. De esto
se sigue que la efectividad del uso de la adsorción y desorción depende en saber la
condición que proporciona la mayor cantidad de adsorción y la menor cantidad de
adsorción.
El proceso puede ser visto como dos fases en las cuales la primera efectúa la máxima
adsorción y la segunda provee la mínima adsorción. Para evitar una confusión en la
discusión deberíamos emplear una terminología y referir a la fase inicial como la
adsorción y a la fase final como desorción.
Cuando el adsorbente es polvo de carbón activado, contracorriente la aplicación es
aconsejable. En contracorriente, la adsorción concentra el adsorbato sobre una cantidad
pequeña de carbón.
48
1. 8. 2. FASE DESORCIÓN.
El control de la temperatura, la cual es útil en la fase vapor, teniendo solo una menor
influencia directa en el sistema de fase liquida. Sin embargo, la selección de una
temperatura apropiada puede contribuir a la efectividad de otras medidas.
Hay tres pasos básicos a la desorción y ellos pueden ser empleados uno solo o en varias
combinaciones. Ellos son:
Un cambio químico en el adsorbente al de menor poder adsorbente.
El uso de una fase fluida que tiene suficiente atracción para el adsorbente para tirar
fuera del carbón, un ejemplo es un líquido que es capaz de solubilizar el
adsorbente.
El uso de una fase fluida, la cual es en si muy adsorbida y puede desplazar
previamente sustancias adsorbidas.
La adsorción de yodo es un clásico ejemplo de un cambio en la forma química. El yodo
elemental es muy adsorbido en el carbón mientras que el yoduro no lo es. Cuando el
carbón adsorbido contiene yodo elemental es puesto en contacto con sulfito de sodio
alcalino. El yodo adsorbido es convertido al no adsorbido yoduro y esta realmente
lixiviado (mojado) del carbón con agua.
49
1. 9. MECANISMOS DE ACTIVACION.
El carbón activado puede ser producido por varios procesos, en cada uno de los cuales es
de gran importancia su estructura molecular en finos poros o microporos (menor a 20 nm).
La activación de los diferentes materiales carbonáceos se explica como debido a la
apertura de poros, que el carbón corriente se encuentra llenos de hidrocarburos y
compuestos orgánicos similares.
Si están rellenos son eliminados por oxidación de tal modo que las materias alquinitrosos
no se produzcan o son retenidos en el carbón se obtienen en el enlace de carbón que tienen
una mayor superficie. Estas nuevas superficies varían en la materia prima y el método de
producción, explicándose así las diferentes propiedades de los carbones activados.
El tratamiento con agentes deshidratantes tiene por efecto remover la materia prima que
contienen proporciones considerables de carbohidratos, es conveniente tratarlos con estos
agentes los cuales son selectivos para el hidrógeno y el oxigeno y dejan una gran
proporción de la estructura del carbón.
Los agentes activantes más conocidos son: Cloruro de Zinc (Cl2 Zn); el Ácido Fosfórico
(P O4 H3) y el Ácido Sulfúrico (S O4 H2.)
50
TRATAMIENTO TERMICO.
Las materias primas se someten a calentamiento hasta altas temperaturas y el oxigeno,
hidrógeno y demás materias externas son retiradas a la vez que resulta cierto grado de
actividad.
OXIDACIÓN SUAVE.
Con la oxidación suave los reactivos actúan principalmente la materia diferente del
carbón, la oxidación suave tiene la ventaja de que remueve selectivamente la materia
extraña dejando intacta una gran porción del carbón original. Como desventajas se tiene
que los enlaces carbón – carbón no puede ser rotos, disminuyendo la efectividad de la
activación. Por esta razón la activación suave es referida en la práctica por oxidación
corrosiva.
OXIDACIÓN CORROSIVA.
Es la forma más drástica de activar un carbón los agentes oxidantes reaccionan no
solamente con la materia extraña sino también con el carbón mismo. Usualmente se
emplea aire de 400 a 600 ° C agua y dióxido de carbono de 500 a 900 ° C. Es endotérmica
o sea que cuando ha ocurrido la reacción en algún punto de la superficie esta parte se
emplea automáticamente sometiéndose la tendencia de que la reacción ocurra en otro
punto y casi hasta obtener activación sobre la superficie total.
51
1. 10. USOS DEL CARBÓN ACTIVADO.
Las aplicaciones del carbón activado son especiales y efectivas para todos los propósitos.
Como decolorante, el carbón activado con su gran área superficial y su volumen de poros,
es ciento de veces más efectivo que el carbón de madera y, cuando menos, 40 veces mas
que el carbón animal.
El área superficial específica va desde 300 hasta 2500 m2 por gramo. La cantidad del
material adsorbido por el carbón activado es sorprendentemente grande, llega con
frecuencia a partir de un cuarto hasta un peso igual al de vapores como el de la gasolina,
benceno y tetra cloruro de carbono.
La adsorción es un fenómeno físico que depende mucho del área superficial y del volumen
de los poros. La estructura del poro limita el tamaño de las moléculas que pueden ser
adsorbidas y las áreas superficiales desarrolladas limitan la cantidad de material que puede
ser adsorbido, si se supone que tiene un tamaño molecular adecuado. Sus principales usos
son:
ADSORBENTE:
Adsorción de aceites vegetales y animales.
Adsorción de ácidos grasos y aceites de soluciones acuosas.
Adsorción y recuperación de acetona, etileno, etano, propileno y disulfuro de carbono.
Adsorción de nitroceulosas, mercurio, arsénico, germanio y bismuto.
52
Adsorción de drogas y venenos.
Decolorante, deodorante, control de olores y sabores.
Desulfuración de gases.
Adsorción de azúcar en la producción de bebidas alcohólicas.
Electrodos para desmineralizar aguas salinas.
Filtros de cigarrillos.
Purificación de aguas residuales y potables.
Remoción de mezclas de oxigeno y nitrógeno.
CATALIZADOR.
Catalizador en la polimerización de olefinas de hidrocarburos líquidos.
Craqueo de vapores de alquitrán y compuestos orgánicos.
Ciclización de hidrocarburos alifáticos.
Deshidratación de alcoholes.
Oxidación de ácido nítrico.
Producción de monómeros de vinil éster.
Producción de citrol y etilenglicol.
Producción de compuestos orgánicos de cloro.
Síntesis gaseosas de acetato de vinilo.
53
VARIOS.
El mayor empleo del carbón activado en la purificación de soluciones, como las aplicadas
en la limpieza de la caña, de la remolacha y del azúcar del maíz, así como la eliminación
de los sabores y olores de las aguas para abastecimientos de las grasas vegetales, animales
y de los aceites y de las bebidas alcohólicas, productos químicos y farmacéuticos. La
recuperación de la estreptomicina representa una aplicación típica del tratamiento continuo
de líquidos.
El carbón activado adsorbente de vapor se uso primeramente en las mascaras de gas
debido a su habilidad para adsorber ciertos gases venenosos, y ahora se emplea mucho en
mascaras de gas tanto militares como industriales para la protección de casi todos los
vapores inorgánicos. Se prefieren las partículas pequeñas porque proporcionan buen
contacto y eliminan completamente los vapores y gases perjudiciales.
El carbón activado se emplea con los sistemas de acondicionamiento de aire para controlar
los olores y otras impurezas en forma de vapores de aire y de otros gases de los grandes
restaurantes, de los auditorios y salas de aeropuertos. Además, pueden adsorberse
fácilmente con carbón activado vestigios de impurezas en el dióxido de carbono,
hidrógeno, amoniaco, acetileno y otros gases industriales.
El carbón activado se usa mucho como catalizador y como portador de catalizadores en las
fábricas de productos químicos. Además de tener una enorme superficie activa, su
porosidad es tal que los macro poros facilitan el acceso de los agentes impregnantes y de
54
las sustancias reaccionantes dentro de los gránulos relativamente grandes. Los carbones
corrientes se fabrican en tamaños de partículas que van desde polvo fino hasta glóbulos de
un diámetro de 10 mm para satisfacer necesidades catalíticas especiales.
El carbón activado es capaz de adsorber prácticamente cualquier solvente a mas o menos
35 ° C, y de liberarlos cuando se le calienta a 120 ° C o más para la recuperación del
solvente. Una de sus mayores aplicaciones esta en la caja de control de emisiones de vapor
de gasolina de los automóviles. Se usan grados especialmente impregnados en los filtros
de los cigarrillos.
El carbón activado muy denso del tipo para adsorber gases y vapores en tamaños de
partículas pequeñas, se usa para separar líquidos de algunas sustancias disueltas. Se puede
emplear tipos de carbón blandos y de baja densidad para decolorar líquidos. El carbón
activado para fines medicinales se prepara en polvo especialmente purificado y de gran
densidad.
Una importante característica de Pittsburg Carbón activado granular es que el uso o
agotamiento del carbón puede ser repetidamente restaurado para reutilizar. En los sistemas
que utiliza carbón activado para la recuperación de vapores orgánicos, esta regeneración es
perfecta pasando un gas caliente a través del lecho del carbón. Cuando la temperatura del
carbón ha sido elevada al punto donde la energía de adsorción ha sido superada, las
moléculas adsorbidas son arrastradas desde el lecho. La regeneración preferentemente se
lo hace con vapor, por que es lo barato, usualmente disponible, inerte, fácilmente
condensable y normalmente puede ser muy fácilmente separado de lo adsorbido. El vapor
55
consumido es generalmente en la región de 1 a 4 libras por libras de compuesto orgánico
recuperado.
En los sistemas de fase liquida, el carbón gastado es alimentado continuamente en el hogar
del horno en el cual una temperatura entre 1600 y 1750 ° F es mantenida.
El vapor es introducido dentro del horno y la composición de la atmósfera es
cuidadosamente controlada bajo estas condiciones, las impurezas adsorbidas son oxidadas
y desvolatilizadas.
Los solventes valiosos pueden ser recuperados desde la atmósfera en la vecindad donde
ellos están en servicio. Butano y propano pueden ser separados desde un gas natural. En la
industria de procesos alimenticios, confunde la formación en bebidas suaves pudiendo ser
prevenidas por tratamiento del carbón de los ingredientes. Los cristales brillantes y jarabes
pueden ser preparados de caña, remolacha y licores de maíz refinados en columnas de
carbón activado.
Aplicaciones adicionales comprenden la recuperación de metales de corrientes
hidrometalúrgicas, la renovación de sabores y olores de suministros de aguas municipales
y el tratamiento y recuperación de desperdicios de aguas.
El carbón activado se utiliza en las mascarillas militares e industriales para la protección
contra casi todos los vapores orgánicos, puesto que se usa en capas relativamente delgadas
a través de los cuales tiene que pasar el aire metálico, se prefieren las partículas pequeñas
56
porque proporcionan buen contacto y eliminan completamente los vapores y gases
perjudiciales.
En este caso en el cual el tamaño es un detalle importante es especialmente ventajoso que
la capacidad adsorbente sea elevada.
El uso más importante del carbón activado es la recuperación de vapores de disolventes
mezclados con aire. Para este fin se prefieren los tamaños grandes de partículas que
reducen al mínimo la resistencia al paso del aire de las capas relativamente gruesas. Los
vapores retenidos por el carbón a las temperaturas normales se expulsan fácilmente
introduciendo vapor a baja presión, se necesitan aproximadamente 3 kilogramos de vapor
para expulsar un kilogramo de disolvente adsorbido. El carbón activado de mejor calidad
ofrece una resistencia considerable a la ruptura durante el uso; en consecuencia tiene una
larga vida, para que el carbón activado pueda utilizarse con la máxima eficiencia en la
recuperación de vapores de disolventes.
Para adsorber los olores y otras impurezas en forma de vapor de aire y de otros gases se
emplea un carbón activado especial duro y exento de polvo. Al introducirse el
acondicionamiento de aire, la gente se dio pronto cuenta que el aire no esta completamente
“acondicionado” sino se le quitan los olores. Muchas de esas impurezas, que están
presentes en concentraciones sumamente bajas junto con el vapor de agua, se quitan de
una manera eficiente con un sistema de carbón activado.
57
Es esencial que el carbón activado posea gran poder adsorbente para que proporcione un
servicio largo antes de que sea necesario reactivarlo. Estos carbones son duros, duraderos
inertes en formas de gránulos o pequeñas pastillas y no son afectados por la mayoría de
los agentes químicos en casi todas las condiciones (excepto la oxidación extrema.)
El uso del carbón activado para refinar azúcar de caña no ha satisfecho nunca la esperanza
de los primero investigadores que creían que el carbón activo desplazaría por completo al
carbón de huesos sin embargo ha sido adoptado por muchas refinerías de azúcar de
remolacha.
En la industria de la glucosa el carbón activo ha desplazado en cierto grado al carbón de
huesos porque da un producto de mejor calidad y permite mayor flexibilidad en la
fabricación.
Las industrias que refinan aceites y grasas comestibles y otros productos con ellas
relacionadas figuran entre las primera que emplearon carbón activo para fines de
purificación. Otro uso antiguo fue como suplemento de la tierra de batan para decolorar el
aceite de semilla de algodón.
Después se ha extendido su uso a muchos otros aceites, por ejemplo: el aceite de coco, el
de linaza y el de soja; y a la purificación de otras grasas como la manteca de cerdo o cebo.
El carbón se utiliza al principio para eliminar el color pero hoy se le conocen otros
beneficios; por ejemplo: la eliminación de jabones y peróxidos hace que el aceite no ejerza
su efecto venenoso sobre los catalizadores cuando es hidrogenado.
58
El uso de carbón activo para mejorar el color y el sabor de muchos productos alimenticios
como la gelatina, las sopas y el vinagre han proporcionado un mercado importante para el
carbón activo. Muchos productos alimenticios no pueden purificarse por cristalización o
destilación y las leyes que regulan la pureza de los alimentos limitan el empleo de
métodos químicos.
El uso de carbón activo no causa en los productos alimenticios otra variación que la
desaparición de impurezas adsorbidas. Siendo insoluble el carbón activo no deja
compuestos de reacción en el producto alimenticio lo contrario que sucede en diversos
tratamientos químicos.
El whisky recién destilado tiene sabor desagradable. Por tratamiento con carbón activado
se elimina una buena parte de este sabor desagradable y el resultado es un whisky joven
que muestra una mejoría mucho mayor durante el almacenamiento.
Otras bebidas alcohólicas como el vino, la cerveza, el aguardiente y los espíritus neutros,
mejoran mucho por el tratamiento con carbón activo.
El uso del carbón activado en la fabricación de algunos productos químicos y
farmacéuticos ha mejorado la calidad de la sustancia y ha disminuido su costo de
fabricación.
59
He aquí una lista de algunos productos que pueden purificarse con carbón activado:
Acetanilina. Atabrina.
Acetato de sodio. Benzoato de sodio.
Ácido cítrico. Cafeína.
Ácido fosfórico. Estreptomicina.
Ácido gálico. Ferrocianuro de calcio.
Ácido glutámico. Glutamato monosódico.
Ácido láctico. Glicerina.
Ácido sulfanílico. Hidroquinona.
Anhídrido ftálico. Penicilina.
Arsfenamina. Procaína.
Se han descrito diversos beneficios derivados de su empleo. La adsorción de impurezas
incoloras de una solución antes de la cristalización da como resultado un rendimiento mas
elevado de cristales con una forma verdaderamente cristalina.
Además se necesitan menos cristalizaciones para obtener una pureza determinada. La
temperatura de fusión de algunos compuestos orgánicos se mejora por la purificación de
carbón activado en virtud de la eliminación de los últimos vestigios de impurezas, a
menudo se obtienen beneficios análogos con productos purificados ordinariamente por
destilación, aunque el reemplazo de una destilación por carbón activado solo es practico
cuando la cantidad de impurezas es muy pequeña.
60
El carbón activado es útil después de la purificación por tratamiento químico cuando se
forman productos de reacciones adsorbibles y hay que eliminarlos. Los compuestos
químicos que son sólidos a temperatura de trabajo se tratan en solución. La elección del
disolvente depende de las condiciones del caso; a este respecto debe observarse que la
adsorción suele ser mayor en solución acuosa.
Los disolventes empleados en muchos procesos industriales se cargan de impurezas
durante la operación. En muchos casos no es fácil ni económico emplear métodos
complicados de purificación para recuperar el disolvente; pero cuando pueden separarse
las impurezas por adsorción, el empleo del carbón activado proporciona un tratamiento
sencillo y de bajo costo. Se tratan de esta manera las soluciones para galvanoplastia,
soluciones para la limpieza en seco, aceites comestibles y soluciones empleadas por la
fabrica de conservas de carnes para curar a sus productos.
Una de las aplicaciones más notables del carbón activado es la supresión de los sabores y
los olores del agua potable. Durante las primeras décadas del siglo XX se agudizo el
problema de los sabores y los olores del agua para el abastecimiento publico. La situación
se agrava a consecuencia del uso del cloro para la desinfección de las aguas que a menudo
intensifica olores existentes; por otro lado el enorme desarrollo industrial durante la
primera guerra mundial dio como resultado una mayor polución de las corrientes de agua.
Se estudiaron entonces muchas medidas correctivas como la aireación y el uso de
cloramina, el permanganato y el ozono pero ninguna tuvo éxito completo. En 1930 se
aplico el carbón activado en New Milford New Jersey, con tanto éxito que fue casi
indebidamente aceptado su uso para purificar las aguas de abastecimiento publico. Debido
61
a la sencillez del tratamiento y a su bajo costo el uso del carbón activado se ha extendido
rápidamente por todo el mundo. En la actualidad los abastecimientos públicos de mas de
1100 municipios de E. E. U. U. se purifican con carbón activado.
En casi todas las aplicaciones estudiadas hasta ahora, son las impurezas las que se
adsorben, dejando en solución los componentes deseados. En otro procedimiento general
se adsorbe la sustancia deseada y después se extrae en forma más pura. Este procedimiento
se usa mucho en los estudios de adsorción de gases pero hasta poco tiempo se ha
empleado poco en la purificación de líquidos. Uno de estos usos del carbón activado es la
recuperación del oro después de su extracción mineral por el procedimiento del cianuro.
Otro ejemplo es la recuperación de yodo de las salmueras de los pozos de petróleo. Estas
salmueras contienen de 70 a 150 millonésimas de yoduros que por la acción de oxidantes
se convierten el yodo elemental este es adsorbido con carbón activado del cual se extrae
después con sosa y sulfito.
Un acontecimiento reciente ha sido el uso de carbón activado para a recuperación de
compuestos bioquímicos adsorbibles, obtenidos en materias primas difíciles de purificar
por otros medios de separación. Se habían estudiado desde hace mucho tiempo algunos
procedimientos para utilizar el carbón activado, pera hasta hace poco no fueron objeto de
interés industrial serio. La atención se enfoca sobre estos procedimientos a consecuencia
del uso afortunado del carbón activado para la preparación de la penicilina del cultivo y
esta se extrae del carbón por elusión con acetona. Después se han ideado procedimientos
semejantes para la estreptomicina y para ciertas vitaminas y hormonas.
62
El carbón activado se usa como catalizador en diversas reacciones. En algunos casos se
emplea solo; por ejemplo: para catalizar la formación de cloruro de sulfurilo por unión del
gas sulfuroso y el cloro. Con más frecuencia se usa como portador de otros catalizadores.
Cuando se utiliza como portador, el carbón no solo proporciona extensa, sino que puede
actuar también como promotor e influir sobre la rapidez de la reacción, en lugar de otra de
dos reacciones alternativas; por ejemplo: Leonine halló que el alcohol es deshidrogenado
en presencia del carbón vegetal y que el carbón animal produce deshidratación.
El carbón activado para la purificación de líquidos se aplica en forma de polvo en un
sistema llamado de contacto. El equipo puede construirse de cualquier material apropiado
para el líquido que se trata. Se añade una cantidad predeterminada de carbón activado al
líquido a una temperatura adecuada y se agita con preferencia por procedimiento mecánico
durante 10 a 30 minutos. Cuando se requiere temperatura elevada se instalan en los
tanques mezcladores serpentines de caldeo. Al terminarse el periodo de mezcla se bombea
la mezcla sobre un filtro de placa y bastidor o sobre un filtro de hojas. Si es difícil filtrar
las sustancias conviene depositar previamente sobre la prensa una delgada capa de un
medio auxiliar como tierra de diatomáceas o pulpa de celulosa. En algunos casos es
también conveniente introducir una de estas materias en el tanque mezclador.
En muchas operaciones se desecha el carbón después de usarlo una vez; pero siempre que
sea posible conviene volverlo a utilizar en contracorriente. Esta se basa en que el carbón
activado gastado tiene una reserva considerable de poder decolorante aprovechable para
purificar parcialmente otro lote de líquido original. Mezclando este con el carbón que se
ha usado una vez es llevado un estado intermedio de pureza. Después se añade suficiente
63
carbón nuevo para completar la purificación. Esta aplicación en contracorriente del carbón
gastado puede reducir la cantidad necesaria del carbón en 30 – 50 %.
1. 11. DEMANDA DEL CARBÓN ACTIVADO.
Al referirnos a la demanda tenemos que considerar las fuentes actuales de consumo de
carbón activado, y por otro lado las fuentes futuras que necesitarían el producto.
Las fuentes de información son los registros estadísticos de se encuentran en el Banco
Central del Ecuador, que contienen información hasta el año 2004.
En la siguiente tabla indicamos las importaciones del producto durante un periodo
comprendido entre 1990 al 2004.
Al analizar la tabla notamos que las importaciones muestran un comportamiento bastante
irregular, ya que mientras en el año 1990 se importaron 656 toneladas, en los cuatro años
siguientes las importaciones decrecieron a menos de 50 toneladas por año, luego a partir
del año 1995 se nota un aumento en las importaciones, decayendo nuevamente en el año
1996 y 1997. Luego en los años 1998 y 1999 se registro la mayor cantidad de carbón
importado. En los siguientes años decrece periódicamente. En el año 2004 se importaron
393 toneladas.
En lo que se refiere al precio del carbón activado, este también ha ido en constante
variación, ya que para 1990 tenia un costo promedio aproximado de 2.48 dólares por kilo,
64
(precio mas alto registrado en la historia de este producto), para 1995 el costo había
descendido a 1.84 dólares por kilo y finalmente registrando un precio promedio en el año
2004 de 1.34 dólares por kilo.
Es de notar que el precio de referencia que presentamos es el promedio ya que debido a la
calidad y tipo de carbón, así como a su naturaleza y el uso que va a tener, influye
notoriamente en el precio de este.
65
TABLA # 5.
VOLUMEN DE IMPORTACIONES DE CARBÓN ACTIVADO.
PERIODO 1990 – 2004.
VALOR FOB EN DÓLARES
Años Kilos Valor FOB
1990 656.404 1.626.972
1991 501.809 1.169.474
1992 457.911 972.573
1993 419.638 1.030.526
1994 413.050 825.910
1995 554.849 1.022.508
1996 539.710 1.048.154
1997 510.361 1.009.368
1998 797.320 1.435.647
1999 814.086 1.342.255
2000 325.089 802.335
2001 419.830 838.443
2002 338.944 573.123
2003 447.438 650.213
2004 393.421 526.877
Fuente: Banco Central del Ecuador.
66
GRAFICO # 2.
IMPORTACIÓN DEL CARBÓN ACTIVADO
Importaciones 1990 - 2004
656.
404
501.
809
457.
911
419.
638
413.
050 55
4.84
9
539.
710
510.
361
797.
320
814.
086
325.
089
419.
830
338.
944
447.
438
393.
421
0
100.000
200.000
300.000
400.000
500.000
600.000
700.000
800.000
900.000
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Años
Kilo
s
Fuente: Banco Central del Ecuador.
67
CAPITULO # 2.
2. 1. PRINCIPIOS GENERALES DE LA ADSORCIÓN CON CARBÓN
ACTIVADO.
Propiedades Químicas, Físicas y Mecánicas de las sustancias adsorbibles.
Son muchas las sustancias que pueden ser adsorbidas de una solución por el carbón
activado, pero el grado de adsorción varía muchísimo. Así el yodo puede ser adsorbido en
cantidad igual al peso del carbón empleado y muchas sales inorgánicas no son adsorbidas
de manera apreciable en ninguna de estas condiciones. Entre estos extremos se encuentran
solutos que representan todos los grados de adsorbilidad.
Las reacciones cuantitativas que se observan con un tipo de carbón distinto. Sin embargo
pueden indicarse ciertas tendencias para molécula de estructura semejante, la adsorción
suele aumentar el tamaño de la molécula. Esto se ha observado para las series homologas
de ácidos alifáticos, alcoholes y cetonas. Para compuestos de estructura semejante, el
factor tamaño es a menudo compensado con creces por influencias de la constitución.
A causa de la diversidad del poder adsorbente de los diversos carbones no es posible
indicar la adsorbilidad relativa de diferentes solutos con alguna exactitud.
Las siguientes tablas muestran la adsorbilidad de algunos ácidos orgánicos y algunas bases
por dos muestras de carbón activado.
68
TABLA # 6: EFECTO DE LA DISPOSICIÓN DE LOS GRUPOS POLARES Y NO
POLARES DE LA ADSORCIÓN DE ÁCIDOS ORGÁNICOS Y BASES POR
CARBÓN DE SANGRE PURIFICADO.
Solución Orgánica. Solución 0.1 M
Adsorbida (ml)
Solución Orgánica. Solución 0.1 M
Adsorbida (ml)
Ácido. (ml) Ácido. (ml)
Benzoico. 73.00 Butírico. 35.39
Salicílico. 71.78 Isobutírico. 27.42
m – Hidroxibenzóico. 61.53 Valeriánico. 49.39
p – Hidroxibenzóico. 65.36 Iso Valeriánico. 44.12
o – Amino benzoico. 68.53 Caproico. 62.13
p – Amino benzoico. 65.15 Iso Caproico. 59.67
Sulfosalicilico. 56.10 Acético. 15.68
Cloro acético. 27.45 Di cloro acético. 25.45
Base (ml) Base. (ml)
H. de Amonio. 0.00 H. de tetra etil amonio. 10.07
H. de tetra metil amonio. 1.20
Para 0.25 gramos de carbón activado: 100 ml de solución.
69
TABLA # 7: ADSORCIÓN DE ÁCIDOS ORGÁNICOS POR CARBÓN
ACTIVADO.
Ácido. Ecuación de
Freundich.
Ácido. Ecuación de
Freundich.
K 1/n K 1/n
Fórmico. 2.47 0.435 Malónico. 3.88 0.410
Acético. 2.46 0.351 Succínico. 2.83 0.303
Propiónico. 2.46 0.236 Glutárico. 1.96 0.201
Butírico. 2.46 0.177 Adípico. 1.79 0.163
Valeriánico. 2.84 0.182 Málico. 1.28 0.252
Caproico. 3.03 0.175 Tartárico. 0.94 0.275
Iso butírico. 2.36 0.273 Maléico. 1.90 0.203
Iso
valeriánico.
2.51 0.227 Fumarico. 2.81 0.248
Glicocólico. 1.54 0.390 Mesacónico. 1.80 0.133
Láctico. 1.66 0.335 Citracónico. 1.69 0.167
Glicérico. 1.29 0.267 Itacónico. 1.54 0.148
Glioxilico. 3.89 0.455 Metilsuccinico. 1.30 0.172
Piruvico. 2.44 0.273 Cítrico. 0.73 0.203
Levulinico. 1.83 0.183 Bromo succinico. 1.82 0.195
Oxálico. 3.62 0.551 Dibromosuccínico. 2.58 0.320
70
Los grupos hidroxilos, aminos, carboxilos y carbonilos disminuyen por lo general la
adsorbilidad pero el grado de la influencia depende de la estructura química de la molécula
huésped; la introducción de un grupo hidroxilo en el ácido benzoico para formar ácido
salicílico ejerce menos efecto sobre la adsorbilidad que la introducción de un grupo
hidroxilo en ácido succínico para formar ácido málico. Los enlaces dobles aumentan la
adsorción en algunas estructuras pero producen disminución en otras.
Las cadenas ramificadas son menos adsorbibles que las cadenas rectas y el efecto de un
grupo sustituyente dependen de la posición ocupada. Los estéreos isómeros “cis” y “trans”
no son adsorbidos igualmente. Sin embargo las formas “dextrógiras” y “levógiras” de los
isómeros ópticos son igualmente adsorbidas.
INFLUENCIA DEL SOLVENTE.
En la adsorción de una solución, el carbón y el disolvente se disputan en soluto. En
consecuencia algunos de los cambios observados en la adsorbilidad que acompaña a un
cambio en la estructura molecular pueden ser consecuencia de variación en la solubilidad.
El aumento de solubilidad en agua que acompaña la introducción de un grupo polar en un
compuesto orgánico puede explicar porque esos grupos disminuyen la adsorbilidad.
Análogamente, la mayor adsorbilidad de los ácidos alifáticos en agua guarda relación con
su menor solubilidad.
71
Sin embargo no debe interpretarse erróneamente el papel de la solubilidad, que es un freno
a la adsorbilidad inherente. Una baja solubilidad no confiere necesariamente adsorbilidad;
muchos compuestos que solo son ligeramente solubles no pueden ser adsorbidos y por
otro lado algunas sustancias muy solubles como el ácido metílico (ácido
benzenohexacarboxílico) son fuertemente adsorbidas.
Casi todas las sustancias se adsorben más fácilmente del agua que de los disolventes
orgánicos, esto se debe en parte a que muchos disolventes orgánicos son ellos mismos
fuertemente adsorbidos y compiten con el soluto para ocupar la superficie del carbón.
En algunos casos se adsorbe mejor el disolvente, con lo cual el soluto queda mas
concentrado en la solución restante, fenómeno conocido con el nombre de “adsorción
negativa.”
ADSORCIÓN DE SOLUTOS MEZCLADOS.
La presencia simultanea de dos o más solutos pueden producir diversos efectos. Algunos
compuestos no afectan a la adsorbilidad de otros compuestos, pero por lo general se
observa algún cambio. Cuando están presentes en una solución varias sustancias
adsorbibles, se disputan la superficie del carbón; en consecuencia cada una de ellas pueden
ser menos adsorbidas de una mezcla que cuando es adsorbida en una solución que solo
contiene un soluto. No todos los solutos tienen el mismo poder desplazante en una mezcla.
El grado en que diferentes sustancias se desplazan unas a otras de la superficie del carbón
no es lo mismo para todos los disolventes. Se conocen casos en los que un compuesto
72
adsorbido eleva la adsorción de otra sustancia. El carbón que contiene Rojo Congo pre
adsorbido tiene mayor capacidad para adsorber azul de metileno, probablemente por un
efecto de mordiente. En otros casos se observa un aumento en la adsorción cuando varios
solutos son simultáneamente adsorbidos de una mezcla, fenómeno conocido con el
nombre de “coadsorción.”
Hasta ahora hemos examinado los efectos que se producen por atracción hacia la
superficie del carbón. Otros efectos pueden atribuirse a los cambios en las propiedades de
la solución, el cloruro de sodio eleva la adsorción de los ácidos alifáticos de una solución
acuosa, propiedad que se atribuye a la menor solubilidad de esos ácidos en presencia de
sales efecto llamado de “salinación.”
En contraste el cloruro de sodio disminuye la adsorción del cloruro mercúrico porque se
forma el complejo Na2 Hg Cl4 débilmente adsorbible.
INFLUENCIA DEL pH.
La concentración de ión hidroxilo y del ión hidrógeno influye en muchas adsorciones. La
influencia es específica y depende de la naturaleza química de todo el sistema.
Alguna influencia puede atribuirse a un efecto del pH sobre el carbón pero el grado en que
influye el pH no es el mismo con todos los carbones. Sin embargo ese efecto sobre el
carbón suele ser de importancia secundaria comparada con el cambio mucho mayor
73
producido por el pH de la adsorbilidad de muchos solutos. La adsorción de ácidos
orgánicos aumenta cuando el pH de la solución desciende por adición de un ácido mineral.
Esto ocurre porque el ácido mineral reduce la ionización del ácido orgánico, con lo que
aumenta la proporción de éste en la forma no ionizada y no adsorbible recíprocamente
cuando se eleva el pH de los ácidos orgánicos con un álcali disminuye la adsorción a
consecuencia de la formación de una sal débilmente adsorbible un principio semejante es
aplicable a la adsorción de una base orgánica, como la anilina, sin embargo en este caso se
invierte la dirección de la influencia del pH, la adsorción disminuye a medida de que baja
el pH, hasta un punto en el cual se forma una sal no adsorbible. La influencia del pH se
observa por lo general en los solutos ionizables, pero se han descrito casos en el que el pH
influye en la adsorción de los electrolitos.
ADSORCIÓN HIDROLITICA.
Cuando se añade carbón activado a una solución de un colorante u otra sal orgánica, a
menudo no son iguales adsorbidos el anión y el catión. Así, en el caso del clorhidrato de
azul de metileno, el grupo colorante (R) es mas fácilmente adsorbido que el ión cloruro,
que permanece en solución en forma de ácido clorhídrico. El azul de metileno sufre la
hidrólisis cuando se disuelve en agua.
R Cl + H2O ---------> ROH + H Cl
74
Dificultades de carácter analítico impiden hacer medidas cuantitativas en la cantidad
adsorbida en cada forma pero es posible obtener una idea bastante clara del mecanismo
general. Diversos estudios indican que cuando se añaden carbón activado a una solución
de este tipo, es adsorbido el ROH que aparece en el lado derecho de la ecuación, esto
trastorna el equilibrio que es restablecido por la hidrólisis del colorante con lo cual se
produce mas ácido clorhídrico libre. Este es adsorbido, pero en cantidad menor que la
liberada por la hidrólisis.
Un mecanismo de adsorción semejante se produce con las sales de los ácidos orgánicos.
Consideremos, por ejemplo, una solución acuosa de benzoato de potasio. Esta solución se
hidroliza:
C6 H5 COOK + H2 O ----------> C6 H5 COOH + K OH
En el equilibrio, la solución contiene benzoato de potasio, ácido benzoico e hidróxido de
potasio. De estos tres compuestos el mas fuerte adsorbido es el ácido cuya salida del
sistema motiva nueva hidrólisis y la formación de hidróxido de potasio que eleva el pH de
la solución.
También se llama adsorción hidrolítica a la adsorción del ácido clorhídrico o de hidróxido
de potasio en una solución de cloruro de potasio que puede considerarse disociado según
esta ecuación.
Cl K + H2 O ----------> K OH + Cl H.
75
Cierto carbón exento de cenizas preparados a 900 grados centígrados adsorben
hidrolíticamente el ácido clorhídrico de una solución de cloruro de potasio, dejando la
solución alcalina mientras que el carbón preparado en presencia de aire a 500 grados
centígrados adsorbe hidrolíticamente hidróxido de potasio de la misma solución de sal,
dejando ácido en la solución.
Shilov sugirió que la adsorción hidrolítica de las sales inorgánicas es producida por óxidos
en la superficie. Sus estudios indican que un carbón preparado a 1000 ° C tienen óxidos
superficiales básicos que atraen el ácido, y que un carbón preparado en presencia de aire a
500 ° C tienen óxidos superficiales ácidos que atraen al álcali. En ambos casos es
suficiente la afinidad para causar la hidrólisis de un soluto salino. Frumkin ha sugerid una
interpretación algo diferente pues observó que la dirección de la adsorción hidrolítica del
cloruro de potasio depende de la atmósfera presente en la activación y en la adsorción.
Atribuye la adsorción hidrolítica a la capacidad del carbón para actuar como electrodo
gaseoso.
La adsorción hidrolítica del cloruro de potasio no prosigue muy lejos, incluso en las
condiciones más favorables. Sin embargo, otras sales inorgánicas pueden adsorberse
hidrolíticamente en grado apreciable sobre todo las sales de metales que forman un
hidróxido insoluble. Así, el carbón separa cantidades apreciables de hierro en forma de
hidróxidos de una solución de cloruro ferroso. Sin embargo, esa separación no se debe por
entero a la adsorción ya que por hidrólisis normal se precipita hidróxido ferroso
lentamente de la solución de una sal ferrosa. Es posible que la adsorción del carbón sea
76
acelerar la precipitación de hidróxido ferroso el cual es separado mecánicamente por el
carbón mediante la filtración subsiguiente.
REACCIONES DE REDUCCIÓN.
Algunas sustancias son reducidas cuando se adsorben. Las sales mercúricas son reducidas
al estado mercurioso y las sales férricas al estado ferroso de mayor ión a menor ión. Las
sales de los metales nobles como la plata, oro, platino sufren una reducción parcial o
completa al estado metálico. Diversos aniones, como los de permanganato y cromato, son
reducidos por el carbón activado.
INFLUENCIA DEL TIEMPO.
El carbón activado agota rápidamente la sustancia adsorbible de la película liquida que lo
rodea, y es necesario agitar moderadamente para que las partículas de carbón entren en
contacto con nuevas porciones de liquido. La velocidad de adsorción es máxima al
principio y después disminuye gradualmente. No puede darse ninguna respuesta real a la
pregunta: ¿Cuándo es completa la adsorción?. Se ha descrito casos en que la adsorción
continua después de varios años de contacto. Sin embargo, en las aplicaciones industriales
pocas veces es necesario el contacto prolongado, es muy poco lo que se gana después de
una hora y a menudo es suficiente un contacto de 10 a 15 minutos. El tiempo optimo varia
según la naturaleza del carbón, del soluto y del solvente. Las soluciones muy viscosas
exigen más tiempo de contacto.
77
INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA.
Las variaciones de temperatura pequeña rara vez influye de manera notable es un proceso
de adsorción, pero un cambio de temperatura importante puede alterar considerablemente
en cantidad. Algunos efectos de la temperatura pueden atribuirse a cambios en
propiedades de la solución, como la solubilidad o a cambios que aumentan o disminuyen
la adsorción de otras sustancias competidoras entre ellas el disolvente.
ELECTROFORESIS.
Cuando se hace pasar una corriente eléctrica a través de una suspensión de carbón
activado, las partículas se desplazan hacia el polo positivo lo que indica que tienen carga
negativa. La importancia de la carga depende de las condiciones en que se ha preparado el
carbón. Las cargas de las partículas del carbón aumenta a medida que se aumenta la
temperatura de activación de 300 a 850 ° C y después disminuye si se somete el carbón a
temperaturas más altas. Se ha dicho que puede prepararse un carbón activado con carga
positiva a temperaturas superiores a los 900 ° C.
PEPTIZACION.
En algunas soluciones permanece suspendidas las partículas de carbón activado durante
largo tiempo. Esto atribuye a la peptización por las moléculas adsorbidas, que están
orientadas de modo que los grupos solubles se extienden dentro del disolvente y anclan las
partículas de carbón no pueden separarse del liquido por filtración a través de tela o papel.
78
MECANISMOS DE TRANSFERENCIA.
La adsorción de los solutos por los adsorbentes porosos como el carbón activado prosigue
de manera consecutiva en la forma siguiente:
El adsorbato pulverizado y los adsorbentes similares poseen áreas superficiales
externas suficientemente amplias, en conjunto para remover gran parte del
adsorbato.
El adsorbato se desplaza dentro del seno de la solución a la capa externa de
adsorbente.
Por otra parte en el carbón activado granular (CAG) y en los adsorbentes similares,
la mayor parte del adsorbato se arrastra al interior y a través del adsorbente, por
transporte o difusión intra particular.
El adsorbato se adsorbe específicamente sobre la capa de adsorción.
Con carbón activado en magnitud de separación menor a 300 mallas, el transporte de la
solución parece ser el paso determinante de rapidez de la adsorción a velocidades de
agitación moderadas. En contraste el transporte intra particular es generalmente el mas
lento y, por lo tanto, es el paso determinado de la velocidad en la adsorción de sustancias
orgánicas, aun en sistemas agitados rápidamente. Solo cuando la alimentación de potencia
es muy baja, el transporte del adsorbato hacia el adsorbente se convierte en el factor
decisivo. Para compuestos de peso molecular elevado como por ejemplo los detergentes
ABS en solución diluida, no se puede establecer el equilibrio ni aun durante semanas de
agitación vigorosa y de contacto continuo, con carbón activado.
79
Se observa que las velocidades totales de adsorción varían:
Conforme a la raíz cuadrada de la concentración inicial del soluto.
Inversamente proporcional al cuadrado del tamaño de la partícula para un peso
dado de carbón.
En línea con un valor de Q10 próxima a 1.3 o a una energía de activación de 4.270
calorías por mol que indica un proceso controlado de difusión.
Es común a la mayor parte de los estudios de difusión intra particular de la adsorción que
varíe en forma casi proporcional a la raíz cuadrada del tiempo de exposición. Aun cuando
la velocidad de adsorción de los solutos orgánicos es baja, las capacidades totales de
adsorción pueden ser altas, del orden de 15 a 25 % en peso, por ejemplo: si el
compartimiento observado de concentraciones bajas de soluto (7 mg/lt) se interpreta en
relación con la adsorción en una sola capa, las áreas superficiales especificas requeridas
deberían ser de 200 a 300 m2 por gramo de carbón.
La adsorción en equilibrio de soluciones diluidas parece estar descrita en la mejor forma
por la isoterma de adsorción de Langmuir.
La diferencia de la velocidad de adsorción, la capacidad de adsorción no se mejora por las
temperaturas altas. La capacidad y la velocidad de adsorción se ilustran, para el fenol
como el adsorbato y carbón activado granular (CAG) como adsorbente.
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Un estudio de los datos observados que se incluyen, indica que la velocidad del proceso se
puede obtener con bastante aproximación por medio de la ecuación general de
purificación.
2. 2. TÉCNICAS DE PRODUCCION DE CARBÓN ACTIVADO.
Existen tres técnicas usadas en la elaboración de carbones activados:
Activación química.
Activación física (Gases y vapores.)
Activación mixta.
2. 3. CARBONES ACTIVADOS QUÍMICAMENTE.
Se consigue el tamaño apropiado de la materia prima se impregna con una solución acuosa
concentrada de cloruro de zinc luego se seca la mezcla y se somete a una temperatura
entre 400 y 800 ° C. El oxígeno y el hidrógeno se combinan sin aparecer grandes
cantidades de alquitrán y resultan un residuo carbonoso fijo.
Una activación se puede llevar a cabo usando un catalizador y unas condiciones de
temperatura, presión y tiempo sobre los cuales la materia prima usada tiene mucha
influencia.
81
Los catalizadores preferentemente utilizados son: Cloruro de Zinc, Ácido Fosfórico y sales
orgánicas de sodio. Pero mejores resultados se obtienen utilizando Cloruro de Zinc y una
solución de Ácido Clorhídrico.
El cloruro de zinc es un catalizador escogido para nuestro proceso y aunque se menciona
el uso de concentraciones variadas de este catalizador, se encuentra que la actividad del
carbón aumenta con la concentración del catalizador.
La temperatura carbonización es la variable que controla el proceso. Una alta temperatura
favorece la rápida volatilización de la materia orgánica, despejando los poros y microporos
del carbón formado, suministrándole su actividad rápidamente. A una temperatura menor,
el tiempo de activación se va incrementando, es decir la temperatura y el tiempo de
activación y carbonización se encuentran inversamente relacionados.
Por ultimo se encuentra que la calidad del producto mejora si es despojado de las cenizas,
lo que se logra lavándolo con agua caliente o con soluciones de ácido clorhídrico, estas
últimas son más eficientes cuando son soluciones concentradas. En resumen, las variables
más importantes son: Temperatura y Tiempo de carbonización, el tamaño de la materia
prima y el tiempo de impregnación de ésta con el catalizador.
82
2. 4. CARBONES ACTIVADOS CON GASES Y VAPORES.
Este proceso es aplicable preferente a material ya carbonizado y se lleva a cabo haciendo
pasar un determinado flujo de vapor o gas a alta temperatura a través de la materia prima.
Los principales activantes son: Vapor de agua, Vapor de Agua – Aire, Vapor de Agua –
CO, Vapor de Agua – Oxigeno, Anhídrido Carbónico. Oxigeno y Oxigeno – Nitrógeno.
Las mejores condiciones de adsorción se logran con vapor de agua sobrecalentado y vapor
de agua – CO como activantes. Si el carbón se va a utilizar como catalizador, los mejores
activantes, dependiendo del proceso específico: Oxigeno, Oxigeno en Nitrógeno y Azufre.
El proceso se puede llevar a cabo en lecho fijo o fluidizado. Para el primero, se encuentran
involucrados únicamente el tiempo y la temperatura del activante, ya que la velocidad
debe ser tal que permita la condición de lecho fijo. La calidad suministrada por ambos
proceso es similar. La temperatura y el de activación se hallan inversamente relacionados
y constituyen de nuevo las variables que controlan dicho proceso.
ADSORCIÓN DE GASES Y VAPORES.
El carbón activado para adsorción de gases y vapores se origino durante la primera Guerra
Mundial para defenderse contra gases tóxicos usados como agresivos. Actualmente se
hace en forma de pequeños gránulos duros, relativamente densos y mecánicamente fuertes
para que resistan a la rotura y no se disgreguen en polvo. Se fabrican tipos y calidades para
usos concretos y todos ellos se caracterizan por una elevada capacidad adsorbente y una
83
adsorción selectiva de vapores orgánicos con preferencia al vapor de agua. La utilidad
industrial de este tipo de carbón activado depende bastante de la reversibilidad de su
propiedad adsorbente. Los vapores adsorbidos pueden eliminarse calentado el carbono
reduciendo la presión.
2. 5. CARBONES DE ACTIVACIÓN MIXTA.
La materia prima de la activación con gases y vapores en este proceso en el producto de
carbonizar materias vegetales con deshidratantes químicos. Se encuentra que estos
procedimientos aumentan considerablemente la actividad del carbón obtenido en la
activación química.
Las variables que controlan el proceso son también en este caso: temperatura y tiempo que
se hallan inversamente relacionados.
2. 6. PROPIEDADES DE LOS CARBONES ACTIVADOS.
Carbones activados por el método de gases y los del método de activación química
muestran diferencias en sus propiedades físicas y químicas.
En los carbones activados con gases aun se nota la estructura de la materia prima, por
ejemplo, la estructura de la madera, mientras que en los obtenidos por la activación
química desaparece esta estructura. Una propiedad importante de los carbones activados es
su carácter alcalino o ácido. Así, carbones activados con vapores dan una solución de
84
lavado alcalino, mientras que aquellos activados con Cloruro de Zinc o ácidos dan
soluciones de lavado de carácter ácido.
Esta propiedad es importante pues una pequeña acidez puede interferir con la decoloración
de soluciones de azúcar, así como la aparición de un carácter alcalino en el jugo de azúcar,
puede hacer correr el riesgo de que se forme azúcar invertida.
La densidad especifica real de los carbones activados es de 2.2 – 2.3 pero su densidad
aparente es mucho menor, 0.28 – 0.45 dada su gran cantidad de poros. La calidad del
carbón activado depende de la superficie del volumen de capilares por unidad de volumen,
del área seccional de los capilares, del carácter químico de la superficie, de la naturaleza
del adsorbente, etc.
Es importante también que el carbón activado obtenido sea estable. Se entiende por
estabilidad de un carbón el hecho de que éste no sufra modificaciones en sus propiedades
con el paso del tiempo.
Para establecer las características de los productos obtenidos a distintas condiciones de
temperatura y tiempo se llevan a cabo las pruebas más importantes y ya estandarizadas
como controles de calidad del carbón activado.
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ADSORCIÓN CON YODO.
La molécula de yodo semeja por su tamaño las de olor y sabor, que son relativamente
pequeñas comparadas con la de color o coloides. Se reporta que para las moléculas de olor
y sabor diámetros entre 10 a 16 Amgstrons. Así es como la prueba de adsorción de yodo
sirve para medir la capacidad del carbón en la adsorción de olores y sabores.
ADSORCIÓN DE AZUL DE METILENO.
No basta con que el carbón obtenido adsorba olores y sabores, y es además muy
importante que presente capacidad para adsorber moléculas grandes como es el caso de los
colores. Para comprobar esta característica el carbón se somete a una prueba de adsorción
de Azul de Metileno.
ADSORCIÓN DE MELAZAS.
Es la prueba específica para comprobar la utilidad de l carbón en la decoloración de los
licores en la industria azucarera.
ADSORCIÓN AL ANARANJADO DE METILO.
Prueba especifica para comprobar la utilidad del carbón activado en los filtros de los
cigarrillos.
86
CAPITULO # 3.
3. 1. DESCRIPCIÓN DE MÉTODOS Y EQUIPOS A UTILIZAR.
El proceso experimental del tratamiento de la materia prima (Zuro de Maíz) reúne los
siguientes métodos y equipos a utilizar respectivamente.
El muestreo y obtención del Zuro de Maíz que obtenemos para nuestro análisis, son de los
siguientes lugares. Ambos están ubicados en la Provincia de los Ríos el primero esta
ubicado en la Isla de Bejucal en la Hacienda “ El Maduro” y el segundo esta ubicado en el
Km. 27 vía Macul – Vinces en la Hacienda “Santa Bárbara”, para la recolección no se
utilizo ningún equipo fue manualmente.
La molienda es el siguiente paso por medio del cual, homogenizamos el zuro de Maíz y el
equipo utilizado en esta ocasión es un molino tipo corona usado comúnmente en los
hogares.
El análisis granulométrico, es el paso siguiente, por medio del cual, determinamos el tipo
y el tamaño de las partículas del Zuro de Maíz, y así aprovechar las diferentes fracciones
existentes principalmente las partes más finas. Para este tipo de análisis utilizamos un
Tamizador Eléctrico tipo Tyler U.S
El secado, momentos antes de ser utilizado el Zuro de Maíz se seca en una Estufa a unos
150 ° C en una hora.
87
La impregnación del Zuro de Maíz, que consiste en la acción de un agente químico como
lo es el Cloruro de Zinc o el Ácido Clorhídrico cuyo propósito es romper los enlaces
laterales y despolimerizar parcialmente la celulosa formando así una masa plástica
homogénea dejando la muestra impregnada por espacio de 24 horas.
Realizar lavados de la muestras con agua caliente y simulando a un Filtro Prensa para la
eliminación completa de cloruros en la Zuro de Maíz.
Secar el zuro de maíz en una estufa FISHER ISOTEMP MODEL 201, a 150 ° C por
espacio de 60 minutos, cabe indicar que además de secar la muestra la adecuamos a un pre
calentamiento para que al introducir la muestra a temperaturas mayores evitamos choques
térmicos.
La carbonización, para esta etapa se introduce la materia prima en la Mufla, pero se espera
antes, que esta alcance una temperatura adecuada, para luego después buscar el tiempo y
condiciones que ameritan su obtención.
Dejar enfriar la muestra en un desecador, con el fin de evitar que la muestra absorba
humedad del medio ambiente.
Control de calidad del carbón activado obtenido, es necesario hacer un análisis de control
de calidad al producto obtenido, a simple observación ver si toda la materia esta
carbonizada y no hay partes de color café.
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Recuperación del activador químico, como en el lavado del producto se desechó parte del
reactivo utilizado en la impregnación, este debe ser recogido y tratado para que este
reactivo recuperado sea utilizado nuevamente en el proceso de activación.
3. 2. SELECCIÓN DE LA TECNICA EMPLEADA EN EL PROCESO.
La selección de la técnica, esta relacionada directamente con factores tales como: la
naturaleza misma de la materia prima y las condiciones técnicas de tratamiento a las que
se someterá el zuro de maíz.
El proceso experimental, para nuestro caso, se encuentra condicionado por las operaciones
sucesivas a llevarse a efecto, las que van desde la obtención de la muestra hasta su
clasificación adecuada.
El proceso experimental, del tratamiento de la materia prima (zuro de maíz) reúne los
siguientes pasos secuenciales:
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3. 3. MUESTREO Y OBTENCIÓN DE LA MATERIA PRIMA.
El muestreo nos es más que, la obtención de significativas cantidades de materia prima,
todas tomadas de diferentes puntos y profundidades de las áreas previamente
seleccionadas donde existe este material.
3. 4. MOLIENDA DEL ZURO DE MAÍZ.
Antes de realizar la Molienda se procedió a secar la muestra para facilitar la molienda ya
que la materia prima a trabajar contenía gran cantidad de Humedad. La Molienda del Zuro
de Maíz no tiene mayor importancia, debido a que esta en su mayoría esta compuesta por
Celulosas, Hemicelulosas, Ligninas que son capas muy finas y casi indestructibles.
Para este caso la molienda se la realizo con un molino sencillo que se usa en los hogares y
que en la actualidad se le da muy poca importancia debido al aparecimiento de los
Molinos eléctricos, en esta molienda la Muestras se la homogeniza para luego realizar el
análisis granulométrico.
3. 5. ANALISIS GRANULOMETRICO.
Primeramente el análisis granulométrico nos da una idea del reparto de los diferentes
tamaños que existen en la muestra.
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3. 6. IMPREGNACION CON SUSTANCIAS ACTIVANTES.
La impregnación consiste en la mezcla de la materia prima (Zuro de Maíz), con un
catalizador, entre los más utilizados son:
HCl Ácido Clorhídrico.
ZnCl2 Cloruro de Zinc.
H3PO4 Ácido Fosforico.
H2SO4 Ácido Sulfúrico.
Sales Inorgánicas de Sodio.
Los mejores resultados se obtienen con Cl2Zn (aunque su costo es muy elevado) y Mezcla
de Cl2Zn y HCl o también HCl.
El Cloruro de Zinc es el catalizador escogido para el proceso, y aunque se menciona en
uso de concentraciones muy variadas de este catalizador, se encuentra que la actividad del
carbón aumenta con la concentración del catalizador. La muestra homogénea – fina fue
llevada a desecar en una estufa a 150 ° C para eliminar rastros de humedad adsorbidos o
propios de la muestra, logrando poderla cuantificar.
Una vez seca la muestra se procede a pesar en un beacker. Pesamos la cantidad apropiada
de Cl2Zn (Cloruro de zinc) y diluyéndola en una cantidad determinada de Ácido
Clorhídrico.
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Se mezclan ambas partes con el zuro de maíz añadiendo esta paulatinamente con el fin de
impregnar toda la muestra utilizando agitación constante. El producto impregnado es
dejado a la intemperie por espacio de 72 horas con el fin de romper los enlaces laterales y
polimerizar parcialmente la celulosa formando así una más plástica homogénea.
Antes de proceder al secado y posterior carbonización de la muestra deberemos eliminar
de ella todo vestigio de solución activante con un lavado de muestra simulando filtro
prensa, hasta eliminación total de cloruros.
3. 7. SECADO DEL ZURO DE MAIZ.
Una vez que la muestra este libre de sustancia impregnante (lavados simulando filtro
prensa) momentos antes de ser utilizado el zuro se seca en una estufa a 150 ° C durante
una hora, debido a que la mufla donde se carboniza el carbón se encuentra a una
temperatura de 200 a 205 ° C para así evitar choques térmicos.
3. 8. CARBONIZACION DEL ZURO DE MAIZ.
En general el carbón activado se obtiene mediante una carbonización o destilación
destructiva de la materia prima llevada a cabo a temperaturas menores a 600 ° C.
La temperatura de carbonización es la variable que controla el proceso. Una alta
temperatura favorece la rápida volatilización de la materia orgánica despejando así los
poros y micro poros del carbón formado, suministrándole así su actividad rápidamente. A
92
una temperatura menor el tiempo de activación se va incrementando, es decir la
temperatura y el tiempo de activación se encuentran inversamente relacionados. Las
temperaturas usadas para el proceso varían entre los 200 a 600 ° C y los tiempos de 2 a 5
horas.
En cuanto a la variable de presión que es importante anotarlo se ha determinado que su
efecto sobre el proceso es tal que al aumentarla se disminuye el tiempo y la temperatura
necesarios para la carbonización. No se ha reconocido sin embargo que la calidad del
producto sea superior al obtenido a presión atmosférica, esto y la facilidad de operación a
presión atmosférica favorecen este proceso de producción.
La discusión anterior ha permitido determinar las variables de proceso de carbonización,
así como su importancia relativa en el proceso. Las variables más importantes son
temperatura y tiempo de carbonización. Efectos secundarios tienen la concentración del
catalizador, el tamaño de la materia prima y el tiempo de impregnación de éste con el
catalizador. El manejo de solo dos variables simplifica la consecución de un producto de
características similares a los productos comerciales.
El equipo utilizado para la carbonización en este proceso es una mufla Inglesa tipo
FISHER ISOTEMP MODEL 201 para su utilización debe iniciarse con una temperatura
de 120 a 140 ° C para meter la tusa impregnada, se espera conseguir la temperatura
deseada, momento en el cual empezaba a contarse el tiempo correspondiente a la práctica
de carbonización.
93
3. 9. ACONDICIONAMIENTO DEL PRODUCTO.
Una vez que el producto es obtenido se procede luego a lavar las muestras con agua
destilada caliente, nos ayudamos mediante la filtración hasta obtener un pH de 4 a 5.
3. 10. RECUPERACION DEL ACTIVADOR QUIMICO.
Como el agua de lavado, eliminada antes de la carbonización, contiene una considerable
parte del cloruro de zinc o HCl usado para la impregnación este debe ser lavado y el HCl
o cloruro de zinc recuperados y poder ser utilizados nuevamente en el proceso de
impregnación. Este lavado se lo realiza añadiendo cierta cantidad de agua caliente.
3. 11. EVALUACION EXPERIMENTAL DEL PRODUCTO.
Es importante también que el carbón activado obtenido sea estable. Se entiende por
estabilidad de un carbón el hecho de que éste no sufra modificaciones en sus propiedades
con el paso del tiempo. Para establecer las características de los productos obtenidos a
diferentes condiciones de temperatura y tiempo, se lleva a cabo las pruebas más
importantes y ya estandarizadas como controles de calidad del carbón activado y entre
estas pruebas tenemos:
Adsorción de azul de metileno.
Adsorción de cloro.
94
3. 12. ANALISIS DE LABORATORIO.
ADSORCION DE AZUL DE METILENO.
Aplicación: Se aplica para determinar la capacidad de adsorción de grandes moléculas
como es el caso de los colores.
MATERIALES:
Matraz aforado.
Papel filtro.
Embudo.
Pipeta.
Probeta.
REACTIVOS.
Agua destilada.
Azul de metileno.
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PROCEDIMIENTO:
1. En un matraz aforado tarado, se pesa 1 gr de azul de metileno.
2. Con una probeta enrasar hasta los 100 cc de solución con agua destilada, a esta
solución la denominamos solución madre.
3. De esta solución madre cojemos con una pipeta 1 cc y la llevamos a una probeta y
enrasamos hasta completar 1000 cc. A esta solución la llamaremos solución
testigo.
4. Se pesa 1 gr de carbón activado en base seca en un matraz de 250 cc y se añade
100 cc de la solución testigo y agitamos por espacio de 30 minutos.
5. Luego de la agitación dejamos decantar por espacio de 5 minutos.
6. Filtramos a través de papel No. 40 Whatman.
7. Observamos el cambio o eliminación de todo el color en la muestra debido a la
adsorción del azul de metileno con carbón activado.
96
ADSORCION DE CLORO.
Realizamos pruebas de remoción de cloro para determinar si nuestro carbón presenta
aptitudes para eliminar exceso de contenido de cloro. Para lo cual la Tabla # 12 nos
presenta que si tenemos una cantidad de solución con un contenido elevado de solución de
hipoclorito, al pasarlo a través de carbón activado este elimina la cantidad de cloro,
disminuyéndola hasta un 98 % de remoción de cloro.
Al remover el contenido de cloro presente en las aguas de los bebederos, observamos que
el rango que contiene se encuentra dentro de los parámetros establecidos (0.2 – 0.3 ppm) y
al pasarlo a través del carbón activado observamos que no disminuye la cantidad presente
en el agua.
Cabe indicar que la muestra filtrada queda libre de olor tanto en el hipoclorito y el color de
las aguas en los bebederos. Lo que demuestra que nuestro carbón obtenido
experimentalmente puede ser usado en cualquier tipo de muestras de agua y para la
purificación de líquidos.
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MATERIALES:
Matraz aforado.
Papel filtro.
REACTIVOS.
Carbón activado.
Agua de bebederos.
Solución indicadora de cloro.
PROCEDIMIENTO:
1. Se recogen 250 cc de agua de los bebederos que contengan cierta cantidad de
cloro.
2. Se pesa 1 gr de carbón activado en base seca en un matraz de 250 cc y se añade al
matraz que contengan los 250 cc del agua y agitamos por espacio de 30 minutos.
3. Luego de la agitación dejamos decantar por espacio de 5 minutos.
4. Pasar a través de papel filtro.
5. Agregamos unas gotas del indicador, para comprobar la presencia de cloro en la
muestra.
6. Observamos el cambio o eliminación de todo el cloro en la muestra debido a la
adsorción del hipoclorito con carbón activado.
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3. 13. PRUEBAS DE RENDIMIENTO.
Las pruebas de rendimiento son para verificar la capacidad adsortiva del carbón activado.
PRUEBAS DEL ACEITE BLANQUEADO CON EL ADSORBENTE.
Es ahora bien comprendido que la blanqueabilidad puede actualmente significar la
purificación adsortiva de un aceite como un importante paso antes de los procesos de
hidrogenación, refinación física o deodorización. Así la estabilidad oxidativa de un aceite
refinado, blanqueado y deodorizado que el mismo aceite refinado y deodorizado. El
blanqueo produce una vulnerabilidad a la oxidación además produce eliminación de
clorofilas y otras impurezas.
A continuación se describe cada detalle:
Disminuye a un mínimo las oportunidades de oxidación, daño térmico e hidrólisis.
El blanqueo es preferible bajo vacío o en presencia de un gas inerte.
Treinta minutos de tiempo de blanqueo es suficiente, algunas veces
apreciablemente en menor tiempo es recomendable usar.
La reducción de jabón de los aceites neutralizados o lavados, ayuda a la acción
subsecuente del adsorbente.
Añadido el adsorbente sobre los 80 ° C luego de alcanzar la temperatura, proseguir
la agitación constante.
99
El ácido fosfórico y el ácido cítrico añadidos durante la refinación, forman las
trazas de metales en el aceite y subsecuentemente incrementan la estabilidad
oxidativa de los aceites a un nivel bajo los 5 ppm.
Para mejores resultados especialmente en aceites, el valor de peróxidos debe ser
cero.
A veces es más económico usar pequeñas dosis de los decolorantes adsorbentes ya
que esto reduce las pérdidas de aceites en los adsorbentes.
Una vez blanqueado el aceite se determinan sus características: acidez, color,
peróxidos, fosfátidos, etc.
DETERMINACION DE COLOR EN UN ACEITE BLANQUEADO.
APLICACIÓN: Esta determinación consiste en la aplicación a aceites blanqueados
tratados con alguna arcilla o carbón activado, la remoción de coloración o pigmentaciones
propias del aceite que son removidos al tratarlo con las partículas adsorbentes.
Este instrumento de medida óptica utilizado para la graduación cromática (determinacion
de color) de aceites y grasas vegetales de acuerdo con la escala AOCS/Tintómetro en
términos generales.
MATERIALES.
Tintómetro LOVIBOND AOCS.
100
PROCEDIMIENTO.
1. La muestra debe estar clara, libre de humedad e impurezas.
2. Los tubos para muestra están calibrados a ½ ”, 1 ” y ¼ ”.
La unidad completa consiste de:
1. Cabina luminosa ajustada con 2 lámparas con iluminación ocular.
2. Tubos para colocar las muestras (cubetas cilíndricas de vidrio.)
3. Las siguientes son las escalas de colores.
ROJO. AMARILLO. AZUL.
0.1 – 0.9 1 – 9 0.1 – 0.9
1 – 9 10 – 70 1 – 9
7.6 – 20
101
DETERMINACION DE ACIDOS GRASOS LIBRES.
Esta técnica sirve para determinar la cantidad de ácidos grasos libres disueltos en una
grasa o aceite, en este caso aceite blanqueado.
MATERIALES.
Fiola.
Balanza.
Hornilla eléctrica.
REACTIVOS.
Alcohol neutralizado.
Fenolftaleína al 1 %
Se pesa 1 gramo de Fenolftaleína y se diluye hasta 100 ml con el alcohol en un
matraz aforado.
Solución Na OH 0.1 N.
PROCEDIMIENTO.
Se pesa de 10 a 15 gramos de muestra en una balanza.
En la fiola que contiene la muestra se adiciona 50 ml de alcohol neutralizado.
Se calienta en una hornilla por cinco minutos.
102
Se titula con una solución de NaOH 0.1 N hasta cambio de coloración de incolora
a levemente rosada (primer cambio.)
Se anota el consumo.
CALCULOS.
muestra la de Peso100 x ácido mEq x titulantesol N x consum. NaOH ml FFA %
mEq del ácido oleico = 0.282 gr.
PREPARACION DE LA SOLUCIÓN DE HIDROXIDO DE SODIO 0.1 N.
Se realizan los siguientes cálculos:
40 gr. NaOH 1 N 1000 ml
4 gr. NaOH 0.1 N 1000 ml
Se pesan los 4 gramos de NaOH en una luna reloj, luego con un agitador se lo coloca en
un vaso de precipitación enjuagado con una piseta la luna reloj para que todo caiga dentro
del vaso.
Luego se trasvasa a un matraz aforado de 1000 ml y se va enrasando con agua destilada, se
mezcla bien por inversión unas tres veces.
103
STANDARIZACION DE LA SOLUCIÓN DE NaOH 0.1 N.
Se realiza el siguiente cálculo:
Peso (g) – ml sol. Titulante x mEq Ftalato ácido de potasio x N sol. Titulante
Si nosotros queremos que nos consume 20 ml de la solución a estandarizar entonces:
gr = 20 x 0.20423 x 0.1
gr = 0.408
Se pesa 0.408 gr. de Ftalato de Potasio en una fiola limpia y secar cuidadosamente.
Se diluye con 50 ml de agua destilada bien disuelto, se añaden 3 gotas de Fenolftaleína al
1 %, se agita y se titula con la solución de NaOH 0.1 N a estandarizar, se titula con
agitación constante hasta que cambie de coloración de incolora a pálido rosado (primer
cambio) y se anota el consumo. Se realizan los siguientes cálculos para determinar la
Normalidad real de la solución: Si se consumen 18.9 ml de solución NaOH luego:
potasio de acido Ftalato mEq x consumido mlpotasio de acido Ftalato degr en Peso N
N = 0.408 / (18.9 x 0.20423)
N = 0.105
104
DETERMINACION YODOMETRICA DE LOS ClO ó CLOROGENOS.
Generalmente se conocen tres tipos de hipocloritos:
1. El hipoclorito de sodio ClONa obtenible en diversas concentraciones y
generalmente con un contenido de 20, 40 y 80 gr/lt de cloro activo llamados agua
lavandina común, agua lavandina doble y extracto de lavandina, además existen
productos que contienen 110 gr/lt de cloro activo y son de usos industriales.
2. Polvo de blanqueo, muchas veces mal llamados hipoclorito de calcio, cuando en
realidad se trata de un polvo cloro hipoclorito de calcio (Cl – Ca – OCl) y que
contiene un 30 % de cloro activo y además contiene Cl- , ClO3= , CaO.
3. El (ClO)2Ca propiamente dicho con un 60 – 70 % o mas de cloro activo.
Se acostumbra a expresar la riqueza de estos productos en términos de su contenido de
cloro activo o cloro disponible y se define como cloro activo o cloro disponible, el cloro
que se libera por los ácidos, ejemplo:
ClONa + 2 ClH ----> Cl2 + ClNa + H2O.
Cl – Ca – O Cl + H2SO4 ----> Cl2 + SO4Ca + H2O.
105
Como sabemos determinar el equivalente químico por las ecuaciones Redox, nos damos
cuenta que 1 Eq de ClO actuando como oxidante corresponde a 1 Eq del llamado cloro
activo y precisamente por la cantidad de cloro activo se juzga la calidad de producto.
FUNDAMENTO.
Al hacer actuar un potente agente oxidante como el ClO con un exceso de I y en medio
ácido, se forma una cantidad de I -3 que es equivalente a la cantidad del agente oxidante
que se halla presente en la muestra.
El ion I – se valora a continuación con un agente reductor tipo como es el SO3Na2 el cual
se oxida a S4O6 en consecuencia de la cantidad consumida de S2O3Na2, el cual se oxida se
puede deducir la cantidad del agente oxidante, la reacción es la siguiente:
2 OCl + 3 I- + 4 H ----> I -3 + Cl2 + H2O.
El hipoclorito en medio ácido libera cloro, el que en presencia de un exceso de I libera una
cantidad equivalente de I3 el cual se valora a continuación con un agente reductor el
S2O3Na2 de acuerdo a la siguiente reacción.
I3 + S2O3 ----> 3I + S4O6 + 2 e
106
METODO.
Se pesan 5 gramos de polvo de blanquear, se lo tritura hasta polvo fino en un mortero,
adicionalmente se le añaden pequeñas cantidades de agua destilada y luego se lo trasvasa a
un matraz aforado de 500 ml, luego se diluye con agua destilada hasta enrase.
Se tapa y se agita homogenizandola, luego se mide una alícuota de 50 ml de la suspensión,
se la pone en una Fiola con tapa esmerilada, y se diluye a 100 cc con agua destilada, se
adiciona luego 2 gramos de yoduro de potasio y 15 ml de ácido acético, se tapa, se agita,
se observa que la solución tenga un color pardo amarillento y es por la presencia del ión I-3
el que a continuación se valora con S2 O3 Na2 0.1 N hasta que se obtenga una coloración
amarilla débil que indica que existen pequeñísimas cantidades del ión I-3, se adiciona en
este momento 2 ml de la solución reactivo de almidón hasta decoloración.
CALCULOS.
muestra. Peso100 x Cl mEq x N x NaOS ml Cloro % 232
El peso equivalente del Cl, es su mismo peso atómico porque el cloro liberado en medio
ácido del tipo ClO se reduce a Cl de acuerdo a la siguiente ecuació....n:
OCl + I-3 + 2H ----> 3 I + Cl + H2O.
107
3. 14. BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA.
REACCION QUIMICA.
A temperaturas ordinarias, el carbón es uno de los más inactivos de los elementos, pero a
altas temperaturas llega a ser uno de los más reactivos.
Deberíamos considerar algunas de las reacciones que involucran al carbón directamente
con gases, ácidos, álcalis y metales; peor no se debería considerar las numerosas
reacciones de los componentes del carbón.
a) Reacción con gases.
La reacción entre el carbón y el oxigeno y las relaciones de equilibrio.
C + O2 CO2
2C + O2 2 CO
2CO + O2 2 CO2
C + O2 2 CO
Son fundamentalmente importantes a la metalurgia y a la industria química y la constante
de reacción para varias temperaturas y presiones haber sido trabajadas fuera de detalle. En
el equilibrio:
108
C + CO2 2 CO2
El porcentaje de CO2 en volumen a 1 Atm. de presión disminuye del 93 % CO2 a 500 ° C
a 0,7 % a 1000 ° C, mientras a 100 Atm. de presión el porcentaje de CO2 por volumen
disminuye de 100 % a 500 ° C a 48 % a 1000 ° C aumentando la temperatura aumenta la
cantidad de CO, y al incrementar la presión aumenta la cantidad de CO2.
b) Reacción con ácidos.
El ácido clorhídrico no ataca al carbón a menos que sea un electrodo positivo en la
electrolisis del ácido clorhídrico acuoso. La reacción con el ácido fluorhídrico es similar.
El cloro no reacciona directamente con el carbón excepto en el arco eléctrico cuando una
pequeña cantidad de C2Cl6 y C6Cl6 se forman.
La aplicación del balance en el diagrama es como sigue:
109
OBTENCION Y MUESTREO.
La obtención y muestreo del zuro de lugares seleccionados con el fin de tomar una
cantidad considerable para nuestros cálculos a seguir.
SECADO DEL ZURO.
Antes de proseguir con la disminución del tamaño de la muestra se efectúa un secado del
zuro para la eliminación de la humedad contenida en la muestra y poder facilitar la
molienda de la materia prima.
BASE DE CÁLCULO: 1 TM de zuro de maíz.
E = S1 + S2 (0.15)
1 TM = S1 + S2 (0.15)
1.000 Kg. = S1 + 1.000 (0.15)
S1 = 1.000 – 150
S1 = 850 Kg.
110
MOLIENDA.
La molienda la cual nos permite disminuir el tamaño de la partícula. Tomando una
cantidad de 850 Kg. de zuro. No se verifica alguna perdida o disminución de material
E = S
850 Kg. = 850 Kg.
ANALISIS GRANULOMETRICO.
En este análisis se determina el tipo de tamaño de las partículas del zuro de maíz. No se
verifica alguna perdida o disminución de material, utilizamos mallas entre 315 a 100
donde obtenemos el 96 % de zuro fino utilizado para la impregnación y los gruesos (4 %)
regresan a la molienda.
111
E = S1 + S2
S1 = E – S2
S1 = 850 – 850 (0.04)
S1 = 850 – 34
S1 = 816 Kg. de zuro fino para impregnación.
IMPREGNACION.
La impregnación consiste en la acción de agentes químicos como el Cloruro de Zinc o el
Ácido Clorhídrico.
E1 + E2 = S
Por cada kilogramo de muestra a impregnar debemos utilizar 4 litros de solución activante
de HCl al 5 %. Que va a ser el factor que utilizaremos para que la muestra quede
totalmente cubierta de sustancia activante.
E2 = E1 x 4
E2 = 816 x 4
E2 = 3.264 Lts HCl al 5 %
112
Con el valor de la densidad del HCl al 5 % que es de 1,19 Kg./Lts. Obtenemos la cantidad
en kilogramos de HCl adicionado.
E2 (Kg.) = E2 (Lts.) x ρ
E2 (Kg.) = E2 (Lts.) x 1,19 Kg./Lts.
E2 (Kg.) = 3.264 Lts. x 1.19 Kg./Lts.
E2 (Kg.) = 3.8840.16 Kg. de HCl al 5 %.
Entonces:
E1 + E2 = S
S = 816 Kg. + 3.884.16 Kg.
S = 4.700.16 Kg. de muestra total impregnada.
Zuro Molido : 816 Kg.
Solución HCl al 5 % : 3.884.16 Kg.
Muestra total impregnada : 4.700.16 Kg.
Dejamos esta masa por espacio de 72 horas de maceración y antes de proceder con el
siguiente paso que es el secado, debemos lavar la muestra y dejarla libre de sustancia
impregnante.
113
LAVADO DE LA MUESTRA.
Esto se realiza con el fin de eliminar la solución activante de la muestra con filtro prensa y
agua caliente.
E1 + E2 = S1 + S2
Donde la cantidad necesaria para efectuar el lavado de la muestra va a ser E2.
E2 = S1 x 6
E2 = 816 x 6
E2 = 4.896 Kg. (Agua para lavado)
Donde el valor de 6 es dado según las distintas pruebas realizadas en este proyecto, por
cada kilo de materia prima impregnada, se usaron 6 Lts. de agua de lavado caliente.
S2 = E1 + E2 – S1
S2 = 4.700.16 + 4.896 – 1.070
S2 = 8.526.16 Kg. de agua de lavado ácida.
114
SECADO.
La muestra se lleva a un precalentamiento de 150 ° C en una estufa para luego llevarla al
proceso de carbonización en una mufla a 205 ° C.
Muestra húmeda lavada: 1.070 Kg.
E = S1 + S2
Si después del secado de la materia prima húmeda, sale la misma cantidad de zuro molido
seco que ingreso antes de la impregnación, entonces la cantidad de agua eliminada va a
ser:
S2 = 1.070 Kg. – S1
S2 = 1.070 - 816
S2 = 254 Kg.
% Humedad eliminada = 254/1070 x 100.
% Humedad eliminada = 23.74 % de humedad eliminada.
115
CARBONIZACIÓN.
En la carbonización se coloca la muestra dentro de la mufla conteniendo un total de
material de:
Muestra lista para carbonizar : 816 Kg.
Temperatura de la mufla : 205 ° C.
Tiempo de Carbonización : 60 minutos.
La cantidad de carbón activado obtenido corresponde al 30 % de rendimiento, de la
materia prima que ingresa a la mufla. En donde:
S1 = E x (0.30)
S1 = 816 (0.30) Kg.
S1 = 244.8 Kg. C. A.
Entonces:
S2 = E – S1.
S2 = 816 – 244.8
S2 = 571.2 Kg. de perdidas por calentamiento.
116
CARACTERÍSTICAS DE LOS PRODUCTOS GASEOSOS.
Temperatura de carbonización : 205 º C.
Duración de carbonización : 60 minutos.
HCl / Zuro de maíz molido : 4
COMPOSICIÓN DEL GAS % EN VOLUMEN.
% Kg.
1. Gases ácidos. 20.00 114.24
2. Gases insaturados. 1.60 9.13
3. Oxígeno. 2.20 12.56
4. Monóxido de carbono. 2.00 11.42
5. Hidrógeno. 46.70 266.75
6. Metano. 18.00 102.81
7. Nitrógeno. 9.50 54.26
100.00 571.20
FUENTE: Tesis # 635 “Tratamiento de la semilla de girasol para la obtención de carbón
activado y su aplicación en la industria de blanqueo de aceites vegetales refinados.”
Estos resultados se muestran en otros tipos de materias primas vegetales, teniendo una
composición similar con respecto a la celulosa y a la lignina.
117
BALANCE ECONOMICO ANUAL DE LA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE
CARBON ACTIVADO.
Estos cálculos se realizan basados en una producción de 70,5 toneladas al año de carbón
activado.
CUADRO # I
INVERSIONES
VALORES
RUBROS DOLARES %
INVERSION FIJA (CUADRO # II) 159.368.50 32.55
CAPITAL DE OPERACIÓN (ANEXO B) 321.961.50 67.45
INVERSION TOTAL 477.330.00 100.00
CAPITAL SOCIAL 150.000.00 31.42
FINANCIAMIENTO 327.330.00 68.58
118
CUADRO # II.
INVERSION FIJA
VALORES
RUBROS DOLARES %
TERRENO Y CONSTRUCCIONES
(ANEXO A-1) 25.560.00 16.45
MAQUINARIA Y EQUIPO (ANEXO A-2) 46.200.00 29.74
OTROS ACTIVOS (ANEXO A-3) 76.210 49.05
SUMAN 147.970.00 95.24
IMPREVISTOS DE LA INVERSION FIJA
(APROXIMADAMENTE 5 % DE
RUBROS ANTERIORES) 7.398.50 4.76
TOTAL 155.368.50 100.00
119
CUADRO # III.
ESTADO DE RESULTADOS
VALORES
RUBROS DOLARES
VENTAS NETAS (ANEXO C) 390.583.30
- COSTOS DE PRODUCCION (ANEXO D) 256.102.69
- GASTOS DE VENTAS (ANEXO E) 45511.20
UTILIDAD NETA EN VENTAS 88.969.41
- GASTOS DE ADMINISTRACION Y GENERALES
(ANEXO F) 30672.00
UTILIDAD NETA EN OPERACIONES 58.279.60
- GASTOS DE FINANCIAMIENTO (ANEXO G) 30.672.00.79
UTILIDAD NETA DEL PERIODO ANTES DE
IMPUESTOS Y REPARTO SOBRE UTILIDADES 19.017.81
- REPARTO DE UTILIDADES AL
TRABAJADORES (15%) 2.852.67
16.165.14
RENTABILIDAD ANTES DEL IMPUESTO A LA RENTA.
SOBRE EL CAPITAL PROPIO 10.78%
SOBRE LA INVERSION TOTAL 3.39%
SOBRE VENTAS 4.14%
120
ANEXO A - 1
TERRENO Y CONSTRUCCIONES
VALORES DOLARES
RUBROS CANTIDAD UNITARIO TOTAL
TERRENO (MT2) 3600 4.00 14.400.00
CONSTRUCCIONES
FABRICA (MT2) 1800 4.00 7.200.00
EDIFICIO ADMINISTRATIVO (MT2) 375 4.00 1.500.00
BODEGA (MT2) 375 4.00 1.500.00
CERRAMIENTO (MT) 240 4.00 960.00
TOTAL 25.560.00
ANEXO A - 2
MAQUINARIA Y EQUIPO
DENOMINACION VALOR EX ADUANA
EQUIPO DE PRODUCCION 6200.00
EQUIPO AUXILIAR 40000.00
TOTAL 46200.00
121
ANEXO A-2-1
MAQUINARIAS Y EQUIPOS
VALORES DOLARES
EQUIPOS DE PRODUCCION CANTIDAD UNITARIO TOTAL
SILO DE ALMACENAMIENTO 1 1.000 1.000
BANDAS TRANSPORTADORAS 2 200 400
SECADORES ROTATIVOS 2 800 1.600
TRITURADOR DE MANDIBULAS 1 800 800
ZARANDAS 1 300 300
TANQUES DE AGITACION 1 500 500
FILTRO PRENSA 1 800 800
TRANSPORTADORA DE TORNILLO 1 600 600
MAQUINA DE LLENADO 1 200 200
SUB - TOTAL 11 6.200
EQUIPO AUXILIAR
CALDERO 1 30.000 30.000
ABLANDADOR DE AGUA 2 5.000 10.000
SUB - TOTAL 3 40.000
TOTAL 14 46.200
122
ANEXO A-3
OTROS ACTIVOS
VALOR
EQUIPOS Y MUEBLES DE OFICINA (ANEXO A-3-1) 3.510.00
TALLERES 1.000.00
REPUESTOS Y ACCESORIOS (5% ANEXO A-2-1) 46.200.00
LABORATORIOS 3.000.00
VEHICULOS (ANEXO A-3-2) 22.500.00
TOTAL 76.210.00
ANEXO A-3-1
EQUIPOS Y MUEBLES DE
OFICINA CANTIDAD
COSTO
UNITARIO
COSTO
TOTAL
ESCRITORIOS 2 120.00 240.00
SILLAS 6 5.00 30.00
COMPUTADOR 2 600.00 1200.00
AIRES ACONDICIONADOS 2 800.00 1600.00
CENTRAL TELEFONICA 1 200.00 200.00
ARCHIVADORAS 2 120.00 240.00
TOTAL 3510.00
123
ANEXO A-3-2
VEHICULOS CANTIDAD COSTO UNITARIO COSTO TOTAL
CAMIONES 1 15.000 15.000
CAMIONETA 1 7.500 7.500
TOTAL 22.500
ANEXO B
CAPITAL DE OPERACIÓN
EGRESOS
DENOMINACION DOLARES
MATERIALES DIRECTOS 196.598.30
MANO DE OBRA DIRECTA 19.152.00
CARGA FABRIL 20.028.00
GASTOS DE ADMINISTRACION 30.672.00
GASTOS DE VENTAS 45.511.20
TOTAL 321.961.50
ANEXO C.
VENTAS NETAS VALOR
PRODUCTOS CANTIDAD (Kg) P. UNIT. P. TOTAL
CARBON TIPO A 42301,44 5.40 228.427.78
CARBON TIPO B 17625,60 5.60 98.703.36
CARBON TIPO C 10575,36 6.00 63.452.16
TOTAL 390.583.30
124
ANEXO D.
COSTOS DE PRODUCCION
RUBROS DOLARES %
MATERIALES DIRECTOS (ANEXO D-1) 196.598.30 76.77
MANO DE OBRA DIRECTA (ANEXO D-2) 19.152.00 7.48
CARGA FABRIL (ANEXO D-3)
+ MANO DE OBRA INDIRECTA 5.040.00 1.97
+ MATERIALES INDIRECTOS 1.000.00 0.39
+ DEPRECIACION 8.402.84 3.28
+ SUMINISTROS 21.117.60 8.25
+ REPARACION Y MANTENIMIENTO 1.794.00 0.70
+ SEGUROS 1.076.40 0.42
+ IMPREVISTOS 1.921.54 0.75
TOTAL 256.102.40 100.00
Kg. DE CARBON ACTIVADO PRODUCIDOS. 70502.40
COSTOS DE UNIDAD 3.63
125
ANEXO D - 1.
MATERIALES DIRECTOS
DENOMINACIÓN CANTIDAD P. UNIT. P. TOTAL
HCl (GALON AL 5%) 248.356.80 0.78 193.718.30
SACOS DE ZURO DE 25 KG 11.520.00 0.25 2.880.00
TOTAL 196.598.30
ANEXO D - 2.
MANO DE OBRA DIRECTA
DENOMINACIÓN No SUELDO
MENSUAL
TOTAL
ANUAL
CALIFICADOS 1 450.00 5.400.00
SEMI-CALIFICADOS 2 280.00 6.720.00
NO CALIFICADOS 2 160.00 3.840.00
SUMAN 15.960.00
CARGAS SOCIALES (20 %) 3.192.00
TOTAL 19.152.00
126
ANEXO D - 3.
CARGA FABRIL
MANO DE OBRA INDIRECTA SUELDO
DENOMINACIÓN No MENSUAL ANUAL
OPERADORES CALDERO 1 150.00 1.800.00
AYUDANTES 2 100.00 2.400.00
SUMAN 4.200.00
CARGAS SOCIALES (20 %) 840.00
SUB – TOTAL 5.040.00
MATERIALES INDIRECTOS
DENOMINACION CANTIDAD P. UNIT. P. TOTAL
SOLDADORA 1 300.00 300.00
MASCARILLAS 500 0.20 100.00
EXTRACTORES 2 300.00 600.00
SUB - TOTAL 1.000.00
127
DEPRECIACION
CONCEPTO COSTO
VIDA
UTIL
VALOR
ANUAL
CONSTRUCCIONES 25.560.00 10 2.556.00
MAQUINARIAS Y EQUIPOS 46.200.00 10 4.620.00
LABORATORIOS 3.000.00 10 300.00
TALLERES 1.000.00 10 100.00
REPUESTOS Y ACCESORIOS 500.00 10 50.00
IMPREVISTOS DE LA INVERSION FIJA 7.768.43 10 776.84
SUB - TOTAL 8.402.84
SUMINISTROS
CONCEPTO MES P. UNIT.
P.
ANNUAL
ENERGIA ELECTRICA (Kw) 150.00 1.50 2.700.00
COMBUSTIBLE (Gal.) 120.00 1.04 1.497.60
AGUA (Mt3) 1.410.00 1.00 16.920.00
SUB - TOTAL 21.117.60
REPARACION Y MANTENIMIENTO VALOR TOTAL
MAQUINARIA Y EQUIPOS (2,5 %) 1.155.00
EDIFICIOS Y CONTRUCCIONES (2,5 %) 639.00
SUB - TOTAL 1.794.00
128
SEGUROS VALOR TOTAL
MAQUINARIA Y EQUIPOS (1.5 %) 693.00
EDIFICIOS Y CONTRUCCIONES (1.5 %) 157.28
SUB - TOTAL 850.28
SUMAN SUB - TOTALES 38.430.84
IMPREVISTOS DE CARGA FABRIL. VALOR TOTAL
APROX 5% DE RUBROS ANTERIORES 1.921.54
TOTAL GENERAL 40.352.38
129
ANEXO E
GASTOS DE VENTA
GASTOS DE PERSONAL No SUELDO
MENSUAL
TOTAL
ANUAL
GERENTE DE VENTAS 1 400.00 4.800.00
VENDEDORES 2 180.00 4.320.00
SUMAN 9.120.00
CARGA SOCIAL (20%) 1.824.00
GASTOS DE PROMOCION
PUBLICIDAD 30.000.00
IMPULSADORA 2.400.00
SUBTOTAL 43.344.00
IMPREVISTOS (5% RUBROS ANT.) 2.167.20
TOTAL GENERAL 45.511.20
130
ANEXO F
GASTOS DE ADMINISTRACION GENERALES
PERSONAL No SUELDO
MENSUAL
TOTAL
ANUAL
GERENTE 1 600 7.200
CONTADOR 1 400 4.800
AYUDANTES 1 300 3.600
SECRETARIA 1 180 2.160
ASEO 1 120 1.440
GUARDIANIA 2 150 3.600
CHOFERES 1 230 2.760
SUMAN 25.560
CARGAS SOCIALES (20 %) 5.112
TOTAL 30.672
ANEXO G
GASTOS FINANCIEROS
CONCEPTO DOLARES
INTERESES DEL PRESTAMO PROMEDIO (12 %) 39.279.60
TOTAL 39.279.60
131
ANEXO H
COSTO UNITARIO DEL PRODUCTO.
DOLARES
GASTOS DE PRODUCCION (ANEXO D) 256.102.69
GASTOS DE VENTAS (ANEXO E) 45.511.20
GATOS DE ADMINISTRACION Y
GENERALES (ANEXO F) 30.672.00
GASTOS DE FINANCIAMIENTO (ANEXO G) 39.279.60
FABRICACION A PRODUCIR TOTAL 371.565.49
NUESTRA PRODUCCIÓN ANUAL (Kg.) 70.502.40
COSTO UNITARIO DEL PRODUCTO 5.27
132
ANEXO I.
CALCULO DEL PUNTO DE EQUILIBRIO
DENOMINACION
COSTOS
FIJOS
COSTOS
VARIABLES
MATERIALES DIRECTOS 196.598.30
MANO DE OBRA DIRECTA 19.152.00
MANO DE OBRA INDIRECTA 5.040.00
MATERIALES INDIRECTOS 1.000.00
DEPRECIACION 8.402.84
SUMINISTROS 21.117.60
REPARACION Y MANTENIMIENTO 1.794.00
SEGUROS 1.076.40
IMPREVISTOS 1.921.54
GASTOS DE VENTAS, ADMINISTRACION Y
GENERALES. 45.511.20
GASTOS FINANCIEROS 39.279.60
TOTAL 261.146.30 79.747.18
PUNTO DE EQUILIBRIO 328.145.22
% DE PUNTO DE EQUILIBRIO 66.86
Cuando se vende entre el 60 y 70 % de producción se esta en un punto de equilibrio Si se
trabaja por arriba del 70 % no es aconsejable desde el punto de vista de los gastos fijos y
variables.
133
134
DISTRIBUCIÓN GENERAL DE LA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE CARBON
ACTIVADO.
135
CAPITULO # 4.
4. 1. TABLAS Y GRAFICOS DE OBTENCION DE CARBÓN ACTIVADO.
TABLA # 8.
PORCENTAJES DE RENDIMIENTO EN LAS PRUEBAS DE OBTENCION DE
CARBÓN ACTIVADO.
# DE PRUEBA. % RENDIMIENTO.
1 * 25.90
2 * 28.30
3 16.30
4 13.60
5 16.40
6 17.00
7 16.80
8 30.00
9 12.60
10 17.00
* Pruebas realizadas con una mezcla de soluciones de Cl2Zn y HCl (10%)
136
GRAFICO # 3
PORCENTAJES DE RENDIMIENTO EN LAS PRUEBAS DE OBTENCION DE
CARBÓN ACTIVADO.
28,30
16,30
30,00
12,60
17,00
13,60
17,00
16,40 16,80
25,90
10
15
20
25
30
35
0 2 4 6 8 10 12
# DE PRUEBA.
% D
E RE
ND
IMIE
NTO
.
137
TABLA # 9.
PORCENTAJES DE CENIZAS EN LAS PRUEBAS DE OBTENCION DE
CARBÓN ACTIVADO.
# DE PRUEBA. % CENIZAS.
1 * 1.62
2 * 1.69
3 3.65
4 4.15
5 3.48
6 2.75
7 2.90
8 1.48
9 4.71
10 2.75
* Pruebas realizadas con una mezcla de soluciones de Cl2Zn y HCl (10%)
138
GRAFICO # 4.
PORCENTAJES DE CENIZAS EN LAS PRUEBAS DE OBTENCION DE
CARBÓN ACTIVADO.
1,69
3,65
4,15
3,48
2,90
1,48
4,71
2,752,75
1,62
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
0 2 4 6 8 10 12
# DE PRUEBA.
% C
ENIZ
AS
139
TABLA # 10.
pH OBTENIDO EN LAS PRUEBAS DE OBTENCION DE CARBÓN ACTIVADO.
# DE PRUEBA. pH.
1 * 4.3
2 * 4.3
3 4.0
4 3.9
5 4.2
6 4.2
7 4.3
8 4.4
9 4.0
10 4.1
* Pruebas realizadas con una mezcla de soluciones de Cl2Zn y HCl (10%)
140
GRAFICO # 5.
pH OBTENIDO EN LAS PRUEBAS DE OBTENCION DE CARBÓN ACTIVADO.
4,30
4,00
3,90
4,20
4,30
4,40
4,10
4,20
4,00
4,30
3,80
3,90
4,00
4,10
4,20
4,30
4,40
4,50
0 2 4 6 8 10 12
# DE PRUEBA.
pH
141
TABLA # 11.
DENSIDADES APARENTES OBTENIDAS EN LAS PRUEBAS DE OBTENCION
DE CARBÓN ACTIVADO.
# DE PRUEBA. DENSIDADES.
1 * 0,2812
2 * 0,2766
3 0,2392
4 0,2363
5 0,2419
6 0,2711
7 0,2475
8 0,2909
9 0,2214
10 0,2715
* Pruebas realizadas con una mezcla de soluciones de Cl2Zn y HCl (10%)
142
GRAFICO # 6.
DENSIDADES APERENTES OBTENIDAS EN LAS PRUEBAS DE OBTENCION
DE CARBÓN ACTIVADO.
0,27660,2711
0,2909
0,2214
0,2715
0,2392
0,2363
0,24190,2475
0,2812
0,20
0,21
0,22
0,23
0,24
0,25
0,26
0,27
0,28
0,29
0,30
0 2 4 6 8 10 12
# DE PRUEBA
DEN
SID
AD
APA
REN
TE (g
r/cc)
143
4. 2. TABLAS Y GRAFICOS DE REMOCION DE CLORO.
TABLA # 12.
TIEMPO DE REMOCION EN MINUTOS DE 3 ppm DE CLORO DEL CARBÓN
ACTIVADO.
# DE PRUEBA. TIEMPO
(Min.)
1 * 22
2 * 18
3 28
4 30
5 26
6 20
7 23
8 16
9 29
10 20
* Pruebas realizadas con una mezcla de soluciones de Cl2Zn y HCl (10%)
144
GRAFICO # 7.
TIEMPO DE REMOCION EN MINUTOS DE 3 ppm DE CLORO DEL CARBÓN
ACTIVADO.
22
18
28
30
26
20
23
16
29
20
15
17
19
21
23
25
27
29
31
0 2 4 6 8 10 12
# DE PRUEBA.
TIEM
PO D
E R
EMO
CIO
N (M
in.)
145
TABLA # 13.
TIEMPO DE ADSORCION EN MINUTOS DE 0.01 gr DE AZUL DE METILENO
CON CARBÓN ACTIVADO.
# DE PRUEBA. TIEMPO
(Min.)
1 * 21
2 * 17
3 26
4 28
5 24
6 21
7 25
8 15
9 30
10 19
* Pruebas realizadas con una mezcla de soluciones de Cl2Zn y HCl (10%)
146
GRAFICO # 8.
TIEMPO DE ADSORCION EN MINUTOS DE 0.01 gr DE AZUL DE METILENO
CON CARBÓN ACTIVADO.
2628
21
17
25
21
24
30
15
19
10
15
20
25
30
35
0 2 4 6 8 10 12
# DE PRUEBA
TIEM
PO D
E R
EMO
CIO
N (M
in.)
147
TABLA # 14.
REMOCIÓN DE AZUL DE METILENO (10 ppm) CON CARBÓN ACTIVADO
PARA DIFERENTES VOLÚMENES DE SOLUCION.
VOLUMEN PESO CARBON AZUL DE METILENO
ADSORBIDOS
TIEMPO
UTILIZADO INICIAL FINAL Gramos % MIN SEG.
810 1,1365 1,4154 0,2789 24,54 6 53
785 1,0114 1,2863 0,2749 27,18 7 22
780 1,1523 1,4123 0,2600 22,56 7 27
805 1,1356 1,3957 0,2601 22,90 6 50
800 1,1955 1,4563 0,2608 21,82 7 14
790 1,1436 1,4154 0,2718 23,77 7 10
795 1,0238 1,2863 0,2625 25,64 6 46
815 1,0255 1,2965 0,2710 26,43 6 56
800 1,1955 1,5152 0,3197 26,74 7 16
803 1,2568 1,5523 0,2955 23,51 6 55
148
GRAFICO # 9.
REMOCIÓN DE AZUL DE METILENO (10 ppm) CON CARBÓN ACTIVADO
PARA DIFERENTES VOLÚMENES DE SOLUCION.
810 cc.
785 cc.
780 cc.805 cc.
800 cc.
790 cc.
795 cc. 815 cc.
800 cc.
803 cc.
21
22
23
24
25
26
27
28
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
# PRUEBA
% A
DSO
RB
IDO
149
TABLA # 15.
REMOCION DE CLORO (2ppm) CON CARBÓN ACTIVADO PARA
DIFERENTES VOLUMENENES DE AGUA DE BEBEDEROS.
VOLUMEN PESO CARBON CLORO ADSORBIDO. TIEMPO
UTILIZADO INICIAL FINAL Gramos % MIN SEG.
750 1,0586 1,1525 0,0939 8,87 5 37
700 1,0236 1,1086 0,0850 8,30 5 25
720 1,0033 1,0796 0,0763 7,60 4 53
710 1,0651 1,1496 0,0845 7,93 5 45
715 1,0869 1,1632 0,0763 7,02 4 56
740 1,0365 1,1258 0,0893 8,62 6 12
725 1,0623 1,1432 0,0809 7,62 5 48
735 1,0256 1,1006 0,0750 7,31 4 55
723 1,0365 1,1235 0,0870 8,39 5 56
742 1,0146 1,0869 0,0723 7,13 6 8
150
GRAFICO # 10.
REMOCION DE CLORO (2ppm) CON CARBÓN ACTIVADO PARA
DIFERENTES VOLUMENENES DE AGUA DE BEBEDEROS.
750 cc.
700 cc.
720 cc.
710 cc.
715 cc.
740 cc.
725 cc.735 cc.
723 cc.
742 cc.
6
7
8
9
10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
# PRUEBA
% A
DSO
RB
IDO
151
4. 3. TABLAS Y GRAFICOS DE ANALISIS GRANULOMETRICO DEL ZURO
DE MAIZ Y DEL CARBÓN ACTIVADO.
TABLA # 16.
TIPO DE MUESTRA: ZURO DE MAIZ MOLIDO.
PESO DE MUESTRA: 30 GRAMOS.
FECHA: 4 DE ABRIL DE 2005.
TAMICES. ENSAYO.
# DE TAMIZ.
(μ m)
DIAMETRO
TYLER (in.)
PESO.
(gr.)
PESO.
(%)
RETENIDO
ACUMULADO
(%)
800 0.00075 0.348 1.16 1.16
315 0.00172 15.600 52.00 53.16
250 0.00240 3.099 10.33 63.49
200 0.00290 2.400 8.00 71.49
160 0.00380 2.798 9.33 80.82
125 0.00460 1.600 5.33 86.15
100 0.00580 3.300 11.00 97.15
RESIDUOS 0.675 2.25 99.40
PERDIDAS 0.180 0.60 100.00
TOTAL. 30.00 100.00
152
GR
AFI
CO
# 1
1.
AN
ALI
SIS
GR
AN
ULO
MET
RIC
O D
EL Z
UR
O D
E M
AÍZ
.
153
TABLA # 17.
TIPO DE MUESTRA: CARBÓN ACTIVADO OBTENIDO.
PESO DE MUESTRA: 50 GRAMOS.
FECHA: 31 DE MAYO DE 2005.
TAMICES. ENSAYO.
# DE TAMIZ.
(μ m)
DIAMETRO
TYLER (in.)
PESO.
(gr.)
PESO.
(%)
RETENIDO
ACUMULADO
(%)
800 0.00075 3.9 7.8 7.80
315 0.00172 14.3 28.6 36.4
250 0.00240 12.5 25.0 61.40
200 0.00290 10.7 21.4 82.80
160 0.00380 6.5 13.0 95.80
125 0.00460 0.70 1.40 97.20
100 0.00580 0.90 1.80 99.00
RESIDUOS 0.20 0.40 99.40
PERDIDAS 0.30 0.60 100.00
TOTAL. 50.0 100.00
154
GR
AFI
CO
# 1
2.
AN
ALI
SIS
GR
AN
ULO
MET
RIC
O D
EL C
AR
BÓ
N A
CTI
VA
DO
OBT
ENID
O.
155
4. 4. DETERMINACION DE LAS PROPIEDADES FISICAS DEL ZURO DE
MAIZ Y DEL CARBÓN ACTIVADO (CALCULOS, GRAFICOS Y
TABLAS.)
PROPIEDADES FISICAS DEL ZURO DE MAÍZ.
Al zuro de maíz, propuesto por el presente proyecto para la elaboración del carbón
activado, se le encuentra ideal en nuestro medio por su costo bajo y contenido de carbono
(Tabla # 18.)
TABLA # 18.
ANALISIS DEL ZURO DE MAÍZ.
CELULOSA : 39 %
HEMICELULOSA : 19 %
LIGNINA : 27 %
156
DETERMINACION DE LA HUMEDAD DEL ZURO DE MAIZ.
ANALISIS EXPERIMENTAL.
Una vez molido el zuro de maíz procedemos a determinar la humedad de éste, utilizando
un trozo de papel aluminio y siguiendo el procedimiento que a continuación detallamos:
a. Se tara la balanza analítica y se pesa la muestra, anotar el peso P1
b. Se pesa todo el contenido (peso de muestra + peso de papel aluminio) y se
anota como peso P2
c. Se introduce el contenido en la estufa a 150 ° C por una hora.
d. Al pasar el tiempo, se saca el papel aluminio con la muestra y se lleva a
enfriar en un desecador.
e. Una vez frío se anota el peso P3
157
CALCULOS:
Peso de muestra: P1 = 2.600 gr
Peso de muestra + papel aluminio: P2 = 3.000 gr
Peso muestra + papel enfriado: P3 = 2.600 gr
P1
100 P3 - P2 Humedad % x
2.600
100 2.600 - 3.000 Humedad % x
% Humedad = 15.38 %
158
DETERMINACION EXPERIMENTAL DE LA DENSIDAD APARENTE DEL
ZURO DE MAIZ.
ANALISIS EXPERIMENTAL.
a. Pesar en una probeta tarada (enrasada) una cantidad de zuro molido que enrase los
20 ml de la probeta.
b. Anotar el peso de la muestra más el peso de la probeta y será la Masa (M).
c. Sobre una superficie de madera colocamos una toalla y procedemos a dar 100
golpes sobre la toalla.
d. Anotar el volumen que ha quedado después de lo 100 golpes será nuestro Volumen
(V).
e. Realizar los cálculos de la densidad aparente.
CALCULOS:
Peso de muestra: M = 7.400 gr
Volumen de muestra: V = 18.00 cc
VM Densidad
cc 00.18gr 400.7 Densidad
Densidad = 0.4111 gr/cc
159
DETERMINACION DE LAS CENIZAS DEL ZURO DE MAIZ MOLIDO.
ANALISIS EXPERIMENTAL.
a. Pesar el crisol tarado (encerado) un cantidad de muestra y anotar el peso como P1
b. Anotar el peso de muestra más el peso de crisol y será P2.
c. Calcinar la muestra sobre la llama de un mechero Bunsen sobre los 600 ° C por
espacio de 1 hora.
d. Sacar la muestra y dejar enfriar en un desecador.
e. Una vez frío, anotar el peso del crisol con la muestra calcinada como P3.
CALCULOS:
Peso de muestra: P1 = 0.4746 gr
Peso de muestra + Crisol: P2 = 22.7093 gr
Peso muestra (Calcinada y enfriada) + Crisol : P3 = 22.6875 gr
P1
100 P3 - P2 Cenizas % x
0.4746
100 22.6875 - 22.7093 Cenizas % x
% Cenizas = 4.5933 %
160
DETERMINACION DE LA HUMEDAD DEL CARBÓN OBTENIDO
EXPERIMENTALMENTE.
ANALISIS EXPERIMENTAL.
Una vez obtenido el carbón activado procedemos a determinar la humedad de éste,
utilizando un trozo de papel aluminio y siguiendo el procedimiento que a continuación
detallamos:
a. Se tara la balanza analítica y se pesa la muestra, anotar el peso P1
b. Se pesa todo el contenido (peso de muestra + peso de papel aluminio) y se
anota como peso P2
c. Se introduce el contenido en la estufa a 150 ° C por una hora.
d. Al pasar el tiempo, se saca el papel aluminio con la muestra y se lleva a
enfriar en un desecador.
e. Una vez frío se anota el peso P3
161
CALCULOS:
Peso de muestra: P1 = 2.000 gr
Peso de muestra + papel aluminio: P2 = 2.500 gr
Peso muestra + papel enfriado: P3 = 2.420 gr
P1
100 P3 - P2 Humedad % x
2.000
100 2.420 - 2.500 Humedad % x
% Humedad = 4.00 %
162
DETERMINACION EXPERIMENTAL DE LA DENSIDAD APARENTE DEL
CARBÓN ACTIVADO OBTENIDO.
ANALISIS EXPERIMENTAL.
a. Pesar en una probeta tarada (enrasada) una cantidad de carbón activado obtenido
que enrase los 20 ml de la probeta.
b. Anotar el peso de la muestra más el peso de la probeta y será la Masa (M).
c. Sobre una superficie de madera colocamos una toalla y procedemos a dar 100
golpes sobre la toalla.
d. Anotar el volumen que ha quedado después de lo 100 golpes será nuestro
Volumen (V).
e. Realizar los cálculos de la densidad aparente.
CALCULOS:
Peso de muestra: M = 5.5271 gr
Volumen de muestra: V = 19.00 cc
VM Densidad
cc 00.19gr 5271.5 Densidad
Densidad = 0.2909 gr/cc
163
DETERMINACION DE LAS CENIZAS DEL CARBÓN OBTENIDO
EXPERIMENTALMENTE.
Los carbones activados contienen constituyentes inorgánicos derivados de las fuentes
materiales y de los agentes activantes añadidos durante su manufactura, la cantidad total
de constituyentes inorgánicos varían de un grado de carbón a otro. Los constituyentes
inorgánicos en un carbón son usualmente reportados en la forma en la cual ellos aparecen.
ANALISIS EXPERIMENTAL.
a. Pesar el crisol tarado (encerado) un cantidad de muestra y anotar el peso como P1
b. Anotar el peso de muestra más el peso de crisol y será P2.
c. Calcinar la muestra sobre la llama de un mechero Bunsen sobre los 600 ° C por
espacio de 1 hora.
d. Sacar la muestra y dejar enfriar en un desecador.
e. Una vez frío, anotar el peso del crisol con la muestra calcinada como P3.
164
CALCULOS:
Peso de muestra: P1 = 0.5000 gr
Peso de muestra + Crisol: P2 = 13.5000 gr
Peso (muestra calcinada y enfriada) + Crisol : P3 = 13.4926 gr
P1
100 P3 - P2 Cenizas % x
0.5000
100 13.4926 - 13.5000 Cenizas % x
% Cenizas = 1.48 %
165
DETERMINACION DEL pH DEL CARBÓN ONTENIDO
EXPERIMENTALMENTE.
ANALISIS EXPERIMENTAL.
1. Se prepara una suspensión al 10 % de carbón activado en agua destilada.
2. Se agita esta solución por 30 minutos.
3. Se deja decantar el carbón.
4. Se filtra la muestra.
5. Con un pH-metro se realiza la lectura del líquido sobrenadante.
pH de la muestra liquida leída en el pH metro: 4.4
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL DE REMOCION DE CLORO.
1. Pesar 1 gramo de carbón activado obtenido experimentalmente.
2. Con un matraz recoger unos 250 cc de agua potable de la llave del laboratorio.
3. Agitar por espacio de 30 minutos el matraz.
4. Filtrar el líquido y realizar el análisis de cloro con la solución determinante de
cloro.
166
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL DE ADSORCION DE AZUL DE
METILENO.
1. Pesar 1 gramo de carbón activado obtenido experimentalmente.
2. Con un matraz recoger unos 250 cc de solución de azul de metileno.
3. Agitar por espacio de 30 minutos el matraz.
4. Filtrar el líquido y realizar el análisis de adsorción de azul de metileno
comparándolo con una muestra testigo.
167
4. 5. ANALISIS DE LOS RESULTADOS.
EFECTO DE TEMPERATURA Y DURACION DE LA CARBONIZACION.
En las pruebas 1 y 2 de obtención de carbón activado se utilizó como sustancia
impregnante una mezcla de solución de Cl2Zn con ácido clorhídrico al 10 % y se obtuvo
un carbón activado de excelente calidad pero los costos de producción de este material es
muy grande.
En las siguientes pruebas desde la 3 hasta la 10 utilizamos como sustancia activante una
solución de ácido clorhídrico de concentración al 5 %, la cual abarata costos de
fabricación del carbón activado obteniendo un producto de muy buena calidad,
comparándola con el carbón activado que se vende comercialmente.
En la Tabla # 8 mostramos el rendimiento de la materia prima en los diferentes ensayos
realizados al zuro de maíz. La carga fue introducida a la mufla a una temperatura de
precalentamiento de 150 ° C y carbonizada a la temperatura de 205 ° C por espacio de 30
minutos obteniendo un rendimiento máximo de 30 %, seguidos de las pruebas 1 y 2 que
obtuvimos un rendimiento de 25,90 y 28,30.
En la Tabla # 9 se indica el porcentaje de cenizas del carbón activado obtenido en donde
indica el menor porcentaje que corresponde al ensayo # 8, pero también en las pruebas 1 y
2 en donde se utilizó como sustancia activante una mezcla soluciones de Cloruro de zinc y
ácido clorhídrico al 10 %.
168
El valor de pH del carbón activado es constante para cada muestra de producto obtenido el
valor oscila entre 3.9 y 4.4, esta indicado en la Tabla # 10.
Los valores de densidad aparente obtenidos en las distintas pruebas realizadas nos da una
idea de la calidad de carbón activado obtenido, mientras menor sea la densidad mejor
calidad de producto, los valores están dados en la Tabla # 11.
PRUEBAS DE REMOCION DE CLORO.
Realizamos pruebas de remoción de cloro, para determinar se nuestro carbón presenta
aptitud para eliminar exceso de contenido de cloro. Para lo cual la Tabla # 12 nos presenta
que si tenemos una cantidad de solución con un contenido elevado de solución de
hipoclorito, al pasarlo a través de carbón activado esta elimina la cantidad de cloro,
disminuyéndola hasta un 98 % de remoción de cloro.
Al remover el contenido de cloro presente en las aguas de bebederos, observamos que el
rango que contiene se encuentra dentro de los parámetros establecidos (0.2 – 0.3 ppm) y al
pasarlo a través de carbón activado observamos que no disminuye la cantidad presente en
el agua.
Cabe indicar que la muestra filtrada queda libre de olor tanto de hipoclorito y de color en
el agua de bebederos en un tiempo de remoción máximo de 29 minutos y el mínimo se
efectuó en 16 minutos.
169
Lo que demuestra que el carbón activado obtenido experimentalmente puede ser usado en
cualquier tipo de muestras de agua y para purificación de líquidos.
PRUEBAS DE ADSORCION DE AZUL DE METILENO.
En la Tabla # 13 se observa la capacidad de color removido al usar el carbón obtenido
experimentalmente, en los ensayos realizados, nuestro carbón posee mayor propiedad
adsortiva que los carbones comerciales.
La muestra filtrada no presenta color alguno en un tiempo de remoción máximo de 30
minutos y el mínimo se efectuó en 15 minutos.
ANALISIS GRANULOMETRICO DE LAS MUESTRAS DE ZURO DE MAÍZ
MOLIDO Y CARBÓN ACTIVADO OBTENIDO.
Al realizar la practica del tamizador, se llega a obtener distribuciones del material en cada
tamiz, que es lo que se conoce como un análisis granulométrico de la molienda, que se
encuentra tabulada en la Tabla # 14 que es un método de quebrantación de la materia
gruesa a su mas fina división conlleva a que los productos se comercializan de acuerdo al
tamaño de la partícula. En la Tabla # 15 mostramos el análisis granulométrico del carbón
activado obtenido en la práctica.
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En los Gráficos # 9 y # 10 denominado gráficos de distribución de frecuencia de tamaños,
el cual nos da datos tabulados tanto del zuro de maíz como en la muestra de carbón
activado.
DETERMINACION DE LAS PROPIEDADES FISICAS DE LA MATERIA
PRIMA.
En la Tabla # 16 mostramos las propiedades físicas de la materia prima en los diferentes
ensayos realizados al zuro de maíz.
171
CAPITULO # 5.
5. 1. DESCRIPCION FOTOGRAFICA DEL PROCESO.
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OBTENCION Y MUESTREO.
RECOLECCION DEL MAÍZ.
DESGRANADO DEL MAÍZ.
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DESECHOS ARROJADOS DE LA DESGRANADORA DE MAÍZ.
SEPARACION MANUAL DEL ZURO DE MAÍZ.
174
SECADO DEL ZURO DE MAÍZ.
MOLIENDA DEL ZURO DE MAÍZ.
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ZURO DE MAÍZ MOLIDO OBTENIDO.
ANALISIS GRANULOMETRICO.
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IMPREGNACION Y LAVADO DE LA MUESTRA DEL ZURO DE MAÍZ.
SECADO DE LA MUESTRA IMPREGNADA.
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CARBONIZACION DE LA MUESTRA IMPREGNADA.
ENFRIADO DEL CARBÓN ACTIVADO OBTENIDO.
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CARBÓN ACTIVADO OBTENIDO.
PRUEBAS DE RENDIMIENTO.
Prueba de adsorción azul de metileno. Prueba de adsorción de cloro.
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5. 2. DIAGRAMA DE BLOQUES.
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5. 3. REFERENCIA DE ANALISIS EN LABORATORIOS EXTERNOS.
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5. 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
CONCLUSIONES.
Podemos indicar que luego de haber tratado un desecho agroindustrial y continuar
con una serie de pasos que tienen la finalidad de dar al material el tratamiento
adecuado para obtener el adsorbente “CARBÓN ACTIVADO” y poderlo aplicar
en diferentes pruebas, determinando sus características y su grado adsortivo.
Para que nos facilite el trabajo de quebrantación del Zuro de Maíz, antes de realizar
el proceso de la molienda debemos quitar humedad a la muestra en una estufa
(nivel de laboratorio) o en un secador rotativo (nivel industrial)
En el proceso de molienda, el tamaño indicado de la muestra para la impregnación
está comprendido entre los tamices de 315 a 100 µm (diámetro 0.00172 – 0.00580
in.) que son las fracciones de menor tamaño, y las muestras de mayor tamaño
podemos utilizarlas como materia prima para la elaboración de aglomerados o
mezclándolas con melaza sirve como alimento balanceado debido a que tiene gran
cantidad de fibras, también podemos devolver estas fracciones grandes
nuevamente a la molienda para que reduzcan su tamaño hasta el deseado.
Realizando varias pruebas en blanco para determinar en que proporciones se
debería adicionar la sustancia impregnante se llego a la conclusión de que la
cantidad de ácido clorhídrico necesario para la impregnación fueron 4 cc de
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Solución activante por cada gramo de materia prima (zuro de maíz), en una
relación de Muestra – Sustancia activante de 1 : 4.
Las pruebas realizadas en blanco se hicieron en un periodo de 24 a 72 horas en
proporciones de:
1 : 1 Veinte Gramos de muestra con veinte mililitros de agua, donde la
muestra no presento signos de humedecimiento, debido a que la cantidad en
volumen del zuro con respecto al del agua es demasiado grande (debido a la
densidad del zuro que es de 0.4111 gr/cc. que es menor a la del agua)
1 : 1,5 Veinte Gramos de muestra con 30 mililitros de agua, donde la
muestra tampoco presentó signos de humedecimiento.
1 : 2 Veinte Gramos de muestra con 40 mililitros de agua, donde la muestra
presentó signos de humedecimiento, pero solo en un 50 % de su totalidad.
1 : 3 Veinte Gramos de muestra con 60 mililitros de agua, en este caso la
muestra solo se humedeció pero no se empapó.
1 : 4 Veinte Gramos de muestra con 80 mililitros de agua, este es la
proporción adecuada para usar en nuestro proceso, la muestra se humedeció
y empapó durante las 72 horas y no hubo evaporación de liquido, éste se
mantuvo constante y la muestra permaneció húmeda.
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El uso de cloruro de zinc como sustancia impregnante en el proceso de elaboración
de carbón activado, para cualquier materia prima, representa un gasto económico
demasiado grande, para la cantidad de producto que vamos a obtener (rendimiento
30 %) comparado con el precio de venta de un carbón activado comercial, por lo
que utilizando otra sustancia activante como lo es el ácido clorhídrico reducimos
costos de fabricación del carbón activado.
Después de realizar las pruebas en blanco determinamos la concentración adecuada
del activador químico HCl, haciendo varias pruebas con 20 gramos de muestra y
soluciones de HCl en concentraciones por debajo del 10 % (como originalmente
indica la técnica), haciendo pruebas de concentraciones de 8 %, 7 %, 6 %, 5 % y 4
%, en donde la concentración que decidimos usar fue la de 5 % de concentración
obteniendo los resultados antes descritos en las tablas.
Luego de realizar estas pruebas procedimos adicionar sobre la muestra el ácido
clorhídrico de concentración 5 % y dejamos por espacio de 72 horas que es el
tiempo que nosotros recomendamos para la impregnación de este material (zuro de
maíz.)
Llevamos la muestra impregnada desde pH ácido (debido a la sustancia
impregnante HCl) hasta un pH casi igual al de las aguas de lavado, con agua
caliente y simulando filtro prensa, para este proceso se utilizaron por cada gramo
de muestra impregnada 6 cc de agua caliente. Se comprobó que las aguas de lavado
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están libres de HCl con solución indicadora de cloro, al no precipitar más un
precipitado blanco lechoso.
Es importante efectuar un secado previo de la muestra antes de introducirla a la
mufla para carbonización para evitar choques térmicos. Para nuestra materia prima,
el zuro de maíz, debemos utilizar una temperatura no mayor a los 205 ° C, debido a
que si elevamos por sobre esta temperatura, la muestra se inflamaría y nuestro
producto final contendría una gran cantidad de cenizas.
Nuestro producto obtenido es un excelente adsorbente de colores y olores
demostrado en las pruebas de rendimiento de adsorción de azul de metileno (color)
y de adsorción de cloro (olor), en ambas pruebas la adsorción fue notoria solo por
simple observación.
RECOMENDACIONES.
Antes de proceder a la impregnación de cualquier material utilizado para elaborar
carbón activado debemos hacer pruebas en blanco para determinar la cantidad de
sustancia impregnante se debe utilizar, debido a que todos los productos químicos
usados para la impregnación tienen un costo muy elevado.
En la impregnación podemos efectuar dos procesos, uno de maceración de 24 a 72
horas (tiempo recomendado) el cual está descrito en la técnica, pero para disminuir
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el tiempo de impregnación podemos realizar un proceso de reflujo en un tiempo de
30 minutos con agitación constante.
Una vez efectuada la Impregnación realizamos un lavado de muestra simulando
filtro prensa para eliminación de la sustancia activante, ésta agua de lavado antes
de ser arrojadas a la red de alcantarillado debe de ser neutralizada para que no
produzca daños al medio ambiente.
Para la recuperación del Cl2Zn, Ácido Clorhídrico o de cualquier sustancia
activante se deben recoger las primeras aguas de lavado del encerado y someter a
un proceso de separación específico a nivel industrial para poder utilizarlas
nuevamente en el proceso de impregnación (debido a que las aguas de lavado
contienen un 24 % concentración menor al que ingreso en la sustancia activante)
evitando la contaminación de las aguas del medio.
Al aumentar la temperatura en el proceso disminuye el tiempo de carbonización,
pero la muestra se inflama, obteniendo un carbón de mala calidad con un contenido
de cenizas elevado.
Un control de calidad por simple observación es que el color del carbón activado
es negro; si en la muestra existen partículas de color café no se ha completado el
tiempo de carbonización y la capacidad de adsorción del producto es mala.
El rendimiento máximo para nuestra materia prima (zuro de maíz) es de 30 %.
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5. 5. BIBLIOGRAFIA.
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BIBLIOGRAFIA.
ENCICLOPEDIA DE LA TECNOLOGIA QUIMICA.
RAYMOND KIRK.
TOMO 4.
OPERACIONES UNITARIAS DE LA INGENIERIA DE LOS ALIMENTOS.
BRENNAN COWELLS LILLY.
INTRODUCCION A LA TECNOLOGIA DE LAS SEMILLAS.
J. R. THONSON.
EL CULTIVO DEL MAÍZ.
OPERACIONES TECNOLOGICAS.
MARIO JARAMILLO PELAEZ.
EL MAÍZ Y SU CULTIVO.
ALBERTO BERTOLLINI
EDICION 1, AÑO 2001
BANCO CENTRAL DEL ECUADOR.
DEPARTAMENTO DE ESTADISTICAS.
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INFORMACION DE PAGINAS WEB.
www.monografias.com
www.profuniandes.edu.co
www.unet.edu.ve/expresion
www.clarimex.com/car_activ.htm
