Carbón activado

Elcarbónactivadoocarbón activoes una familia deadsorbentescarbonáceos altamentecristalinosy con unaporosidadinterna altamente desarrollada.
Existe una amplia variedad de productos de carbón activado que muestran diferentes características, dependiendo del material de partida y la técnica de activación usada en su producción.​
Es un material que se caracteriza por poseer una cantidad muy grande de microporos (poros menores a 2nanómetrosde radio). A causa de su alta microporosidad, el carbón puede poseer una superficie de 50m²/go más si es activo, llegando a valores de más de 2500 m²/g.
El carbón activado se utiliza en la extracción demetales(por ejemplo,oro), lapurificacióndeagua potable(tanto para la potabilización a nivel público como doméstico), enmedicina veterinariay medicina humana para casos deintoxicación, en eltratamiento de aguas residuales, en la clarificación de jarabe deazúcar, en la purificación deglicerina, enmáscaras antigás, en filtros de purificación y en controladores de emisiones deautomóviles, entre otros muchos usos.​
Generalmente se produce por dos métodos diferentes:
Como material de partida se usan varios materiales carbonosos, como cáscaras denuez,madera,coco.
El carbón activado puede tener unáreasuperficial mayor de 500 m²/g, siendo fácilmente alcanzables valores de 1000 m²/g. Algunos carbones activados pueden alcanzar valores superiores a los 2500 m²/g. A modo de comparación, una cancha de tenis tiene cerca de 260 m².
Bajo unmicroscopio electrónico, la estructura del carbón activado se muestra con una gran cantidad de recovecos y de grietas. A niveles más bajos se encuentran zonas donde hay pequeñas superficies planas tipografito, separadas solamente por algunosnanómetros, formando microporos. Estos microporos proporcionan las condiciones para que tenga lugar el proceso deadsorción. La evaluación de laadsorciónse hace generalmente mediantenitrógenogaseoso a 77Ken condiciones de altovacío.
El carbón activo saturado se puede regenerar mediante la aplicación de calor. Los aerogeles de carbón, que son más costosos, tienen superficies efectivas muy altas y encuentran uso similar al carbón activado en aplicaciones especiales.
Sus principales características son:​
Es la extensión de la superficie de los poros desarrollada dentro de lamatrizdel carbón activado. Se mide usandonitrógeno(N2). Es el indicador primario del nivel de actividad, asumiendo que a mayor área superficial, mayor número de puntos de adsorción disponibles.
La determinación de la distribución de los tamaños de los poros es una forma extremadamente útil de conocer el comportamiento del material. LaIUPACdefine la distribución de radios porales de la siguiente forma:
Los macroporos son la vía de entrada al carbón activado, los mesoporos realizan el transporte, y los microporos la adsorción.
Es una medida de la porosidad mediante adsorción deyodoen solución.
Es una medida de la porosidad mediante absorción de vapor saturado detetracloruro de carbono.
Ladurezaes un factor importante en el diseño del sistema, la vida útil de los filtros y la forma de manipulación. Presenta grandes variaciones, dependiendo del material original y su nivel de actividad.
La densidadbulkdebe considerarse cuidadosamente cuando se deban llenar volúmenes fijos; puede tener implicaciones comerciales.
La densidadlimpiado y secadosiempre muestra un valor menor, debido a la película de agua entre las partículas de carbón activado.
Cuanto más fino es el tamaño de las partículas de un determinado carbón activado, mejor es el acceso al área superficial y más rápida es la tasa de cinética de absorción. En sistemas de fase vapor, esto se debe considerar junto con la caída de presión, que afecta los costos energéticos.
Una elección cuidadosa del tamaño de las partículas puede proveer significativos beneficios operativos.
El proceso del carbón activado se basa en producir un carbón a partir de materiales como: cortezas dealmendras, cáscara de coco,turba, petróleo, brea ypolímeros,nueces,palmerasu otras maderas, ycarbón mineral.
Este proceso se puede dividir en dos tipos:
El tipo de material con el que se produce el carbón activado afecta el tamaño de los poros y las características de regeneración del carbón activado. Los dos tipos de clasificación son: carbón activado en polvo, con diámetro menor o igual a 0.25mm y el carbón granular, con diámetro superior a los 0.25mm. Su área superficial y su volumen de poro, lo hacen altamente competitivo en la búsqueda de tecnologías verdes.
Por ejemplo, la cáscara de la naranja al ser un material lignocelulósico consta de cierto porcentaje de humedad, por lo cual, la carbonización debe ajustar un secado a determinado tiempo para la obtención de este material. Los métodos para la producción u obtención de estos materiales de carácter natural, suele darse por impregnación química o física. La finalidad de estos materiales se basa en la adsorción de gases debido al tamaño de poro, su poro con un radio entre 2-50 nm.​
Los tamaños de los poros van desde los más pequeños, llamados microporos (hasta 2.0nm), hasta los mesoporos (de 2.0 a 50 nm) y macroporos (mayores de 50 nm).
El carbón activado saturado se puede reactivar térmicamente a través de un proceso a altas temperaturas (hasta 900 °C), por ejemplo en hornos rotatorios o en hornos multietapa.​ Gracias a los modernos y eficientes tratamientos de gases, el carbón activado saturado, procedente de diferentes aplicaciones, puede ser reciclado.
El conjunto del proceso de reactivación comprende los siguientes pasos:
Durante la reacción del carbón amorfo con vapor a alta temperatura hasta monóxido decarbono (CO)y, posteriormente,dióxido de carbono (CO2), se forman los microporos que dotarán al carbón activo de una gran superficie específica.
Mediante el uso racional de los recursos naturales, la reactivación del carbón activo reduce las emisiones deCO2a la atmósfera en un 80%.
El carbón activado es utilizado comoagente adsorbentepara tratar envenenamientos y sobredosis por ingestión oral. Previene la absorción de la sustancia tóxica en elestómago. La dosificación típica para un adulto es de 1g/kgdentro de la primera hora de la intoxicación, con un tope máximo de 100 g totales. Las dosis pediátricas son 12-25 g (1 g/kg). Para fármacos concirculación enterohepáticacomocarbamazepina,digoxina,morfina, entre otros, se sugiere administrar carbón activado en múltiples dosis (0,5 g/kg cada 4 horas por 24 a 48 h).
En lo posible combinar con algún jugo o líquido con sabor para evitar el mal sabor del carbón activado y así el paciente no lo vomite. El uso incorrecto de este producto puede producir broncoaspiración (ingreso a lospulmones) y puede dar lugar a un desenlace fatal si no es controlado. Para el uso fuera delhospital, se presenta en comprimidos de 1g, o en tubos o botellas plásticas, comúnmente de 12,5 o 25 g, premezclado con agua. Tiene nombres comerciales como InstaChar, SuperChar, Actidose y Liqui-Socarra, pero por lo general se le llama simplemente carbón activado.
Durante los últimos años, el carbón activado se ha convertido en un "mágico remedio" para perder peso; un alimento supuestamentedetoxque ha saltado a la palestra informativa y se ha convertido en una auténtica moda con los consiguientes peligros que eso implica. De hecho, la capacidad de adsorción del carbón activo es incapaz de distinguir entre sustancias dañinas y beneficiosas, de manera que es posible que se termine bloqueando la absorción de determinadas vitaminas y minerales que el cuerpo necesita para funcionar con un consumo frecuente. Un consumo excesivo, además, puede causar estreñimiento, bloqueos intestinales y otros problemas más graves. No obstante, la Comunidad Europea y la FDA estadounidense lo consideran como complemento alimenticio.
Otros de sus usos más extendidos es el del blanqueamiento dental. Sin embargo, no existen evidencias científicas de que resulte beneficioso para tal fin y, de hecho, los expertos apuntan a que el blanqueamiento se debe a la abrasión de las micropartículas sobre el esmalte. Estas -igual que las sustancias que contienen otros remedios caseros como el bicarbonato o el limón– debilitan la estructura del diente pueden causar daños permanentes en ladentinasi se emplean con regularidad.
Los filtros con carbón activado se utilizan generalmente en la purificación de aire, agua y gases, para quitar vapores de aceite, sabores, olores y otroshidrocarburosdel aire y de gases comprimidos.
Los diseños más comunes utilizan filtros de una o de dos etapas, donde el carbón activado se introduce como medio filtrante. Un ejemplo puede ser el filtro que llevan loscigarrillos. También tiene uso para purificación del agua de lluvias en zonas donde esta es usada para usos domésticos.
Para su aplicación en tratamiento de agua se requiere 1 a 3 pies cúbicos (de 30 a 90 decímetros cúbicos aproximadamente) de carbón activado para tratar 1 millón de litros de agua, siempre y cuando, la concentración declorolibre sea igual o menor a 1 ppm (parte por millón).
Existen filtros de carbón activado a los que se les agregaplatapara que no se desarrollenbacteriasen él, de acuerdo a las propiedades antivirales y antibacteriales de la plata coloidal.Los filtros con partículas más pequeñas de carbón activado tienen generalmente una mejor tasa de adsorción.
Por otro lado, la acidez y temperatura del agua a filtrar influyen en el comportamiento del filtro de carbón activado. A mayor acidez y menor temperatura del agua, el desempeño de los filtros de carbón activado mejora. Elasbestono puede ser eliminado del agua a través de un filtro de carbón activado.
Un filtro de carbón activado debe ser reemplazado entre cada 2.800 y 3.750 litros de agua filtrada, lo cual es solo un referente pues la capacidad de filtración y vida del filtro dependerán de la calidad del agua que se filtra. El tamaño del poro del carbón activado y el tamaño de las partículas a filtrar también influyen en la vida y capacidad de filtración del filtro de carbón activado.
Por lo que la única forma de saber si un filtro de carbón activado ha dejado de funcionar es hacer un análisis del agua resultante del filtro, pues ni el sabor u olor pueden ser un referente certero. Una vez que se ha saturado un filtro de carbón activado, el agua que pase por él, resultará más contaminada que si no se filtrara.
Los filtros de carbón activado que son colocados al final del grifo tienen un desempeño inferior respecto a los que son colocados debajo del lavabo o tarja debido al poco volumen de carbón activado que contienen. Asimismo se recomienda reemplazar los filtros de carbón activado a una tasa del doble de lo que recomiendan los fabricantes. Los filtros que "avisan" el momento de cambiar el filtro son inexactos y la saturación y consecuentecontaminación del aguapuede ocurrir mucho antes de que avise.
El carbón activo es un adsorbente muy versátil debido a su distribución y tamaño de poro. Su principal aplicación se da lugar en la eliminación de las impurezas de los gases y líquidos; se ha establecido que dicha eliminación tiene lugar a través de un proceso de adsorción. La superficie del carbón activo puede atrapar las moléculas de la fase gaseosa o líquida mediante fuerzas predominantemente físicas (de tipoVan der Waals), provocando una elevada concentración en su superficie.
Un claro ejemplo de una reacción mediante la implementación de carbono activado es el complejo de hexaaminocobalto(III) ([Co(NH3)6]3+) el cual es termodinámicamente inestable en disoluciones ácidas y su constante de equilibrio de reacción bordea el 1x10. En el equilibrio, la concentración de [Co(NH3)6]3+ es muy baja por lo que la reacción puede llegar a tomar días en completarse, es decir, es un complejo inerte que experimenta reacciones de cambio muy lentas. Por sus características, el complejo tiene una muy baja concentración por lo que al agregar carbón activo este favorecerá la concentración del complejo para reducir considerablemente el tiempo de reacción por consiguiente acelerando el proceso sin alterar sus propiedades químicas.​
Son excelentes catalizadores ácidos ya que son fáciles de convertir con una inversión económica sostenible. Se oxida en presencia de agua favoreciendo la formación de grupos oxigenados e hidrogenados (carboxilos). En este tipo de catálisis es común que disminuya la superficie específica del carbono activado sin afectar a la catálisis.
El punto de carga cero (PCC) de estos materiales depende del carbón activado original y del ácido empleado, pero no del número de grupos funcionales ácidos existentes, demostrando que es más importante el tipo de grupo funcional que su número. Una de estas reacciones ha sido la alquilación de heterociclos nitrogenados.​
La catálisis en este caso suele tener una acción de carácter alcalino. Se pone en acción al carbón activado con una disolución de una sal del metal alcalino correspondiente a los cationes (Na, K y Cs) lo que produce que el carbón sufra una escasa variación en su estructura física, mas no en sus propiedades químicas.
Cuanto más pesado es el elemento alcalino, mayor es la basicidad del catalizador, lo cual está relacionado directamente con su actividad catalítica.​
Las propiedades deadsorcióndel carbón activado son muy útiles en la eliminación de contaminantes del aire como de flujos de agua implicados en procesos industriales: