Depuración de efluentes industriales con carbón activo. Adsorción de contaminantes y regeneración del adsorbente

Abstract

[EN]The treatment of industrial wastewater is one of the main areas of growth for activated carbon. This is due to increasingly stringent environmental regulation, a greater emphasis on water reutilization, decontamination of effluents and the need for lower disposal costs. Treatment of industrial wastewater is also increasing in industrialized countries as industrial activity rises and the need to reuse water and reduce effluent pollution becomes greater. While the issue of textural characteristics of activated carbons has been widely studied by numerous studies and are reasonably well understood, works on elucidating the role of surface chemistry of activated carbons in the process of adsorption of organic compounds have not been so successful. This information may be useful for subsequent applications of activated carbon in industrial processes such as the manufacture of chemicals, pharmaceuticals and their intermediates, where activated carbon is used in purification and recovery processes, in order to enhance product quality and consistency. In short, adsorption on activated carbon and its regeneration seems to be a worthy area of study. In this work, the adsorption of phenol and salicylic acid was carried out on different activated carbons. It was found that their adsorptive capacities depend on both the textural characteristics of the activated carbons (densities, specific surface area and pore size distribution) and their chemical and structural properties. Oxidation of the adsorbents under different conditions showed that the surface chemistry of activated carbons plays an important role in phenol retention. On the other hand, salicylic acid retention seems to be related to the textural characteristics of the activated carbon rather than its surface chemistry. Oxidation treatments not only alter the surface chemical properties of the active carbons, but also their texture. It was found that the physical morphology of the activated carbon is affected by the strength of the oxidizing agent and the operating conditions. On the other hand, heating treatments applied to activated carbon enhance the basicity of the samples, by removing oxygenated functional groups on the carbon surface. Regeneration operating conditions have a substantial influence on the adsorption capacity of the activated carbons, not only because textural properties are modified during the regeneration step, but also because the desorption rate of the adsorbate retained is affected to a great extent by the regeneration conditions. Under a carbon dioxide atmosphere, a simultaneous activation step takes place in the carbonaceous adsorbent, facilitating the regeneration and subsequent adsorption on the activated carbon.

[ES]El tratamiento de aguas residuales de procedencia industrial constituye una de las principales áreas de expansión en la utilización de carbones activos. Este crecimiento se debe a la promulgación de una legislación cada vez más estricta en términos medioambientales. A su vez, el tratamiento de aguas residuales industriales ha aumentado en los países industrializados como consecuencia del incremento de la actividad industrial, así como de la necesidad de reutilizar el agua y de reducir la contaminación de los efluentes industriales. Mientras que el papel de las características texturales de los carbones activos en el proceso de adsorción ha sido ampliamente estudiado y es bastante bien conocido, los estudios dirigidos a elucidar el papel de la química superficial de los carbones activos en el proceso de adsorción no han tenido tanto éxito. Esta información podría ser de gran utilidad para posteriores aplicaciones de estos materiales en procesos industriales tales como elaboración de productos químicos y farmacéuticos, en los que el carbón activo se utiliza en etapas de purificación y recuperación, haciendo posible un aumento de la calidad del producto final. En este sentido, se hace necesario continuar con la investigación en este campo, con objeto de mejorar la viabilidad económica del empleo de los carbones en procesos de descontaminación de efluentes industriales, a través de la regeneración del adsorbente contaminado. En el presente trabajo se ha realizado un estudio de la adsorción de fenol y ácido salicílico en diversos carbones activos. Se ha puesto de manifiesto que las capacidades de adsorción dependen de las características texturales de los carbones activos (densidades, superficie específica y distribución de tamaños de poro) así como en sus propiedades químicas y estructurales. La oxidación de los adsorbentes en distintas condiciones ha permitido conocer el importante papel que juega la química superficial de los carbones activos en la adsorción de fenol. Por otro lado, la retención de ácido salicílico parece estar más relacionada con las propiedades texturales del adsorbente que con su química superficial. Los tratamientos de oxidación provocan cambios no sólo en la química superficial de los carbones sino también en la textura. Estos cambios dependen de la fuerza del oxidante utilizado y de las condiciones de oxidación. Por otro lado, el tratamiento térmico de los carbones produce un aumento de la basicidad de los mismos, debido a la eliminación de grupos oxigenados de la superficie del carbón. Las condiciones de operación durante la regeneración del carbón tienen una gran influencia en la capacidad de adsorción, no solamente porque se inducen modificaciones en las propiedades texturales de los adsorbentes durante la etapa de regeneración, sino también porque la velocidad de desorción del adsorbato retenido en el carbón se ve afectada en gran extensión. Cuando se emplea atmósfera de CO2 tiene lugar una etapa de activación simultáneamente a la regeneración, favoreciéndose así la desorción del adsorbato retenido, y con ello la posterior saturación del carbón activo.