Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.usj.es/handle/123456789/114

Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.authorMartínez de Yuso, Alicia-
dc.date.accessioned2018-07-31T11:03:57Z-
dc.date.available2018-07-31T11:03:57Z-
dc.date.issued2012-
dc.date.submitted2012-12-20-
dc.identifier.citationMARTÍNEZ DE YUSO ARIZA, ALICIA, 2012. Desarrollo de carbones activados a partir de residuos lignocelulósicos para la adsorción y recuperación de Tolueno y N-Hexano = Development of activated carbons from lignocellulosic wastes for toluene and n-hexane adsorption and recovery. [S.l.]: [s.n.], [s.a.]es_ES
dc.identifier.urihttps://repositorio.usj.es/handle/123456789/114-
dc.description.abstractEl objetivo principal de esta investigación es desarrollar carbones activados a partir de cáscara de almendra para la adsorción y recuperación de dos compuestos orgánicos volátiles, tolueno y n-hexano, en baja concentración en corrientes de gas. Para la consecución de este objetivo se ha profundizado en diferentes aspectos. Se ha optimizado la metodología se obtención de los carbones activados a partir de cáscara de almendra mediante activación química con H3PO4. Las condiciones de preparación de los carbones se han fijado mediante un diseño experimental simplex con experimentos en el centro, cuyas variables de diseño han sido la temperatura de activación, el tiempo de activación y el ratio de impregnación. Los ratios de impregnación empleados se encuentran por debajo de los encontrados en la bibliografía consultada ya que se han tenido en consideración los criterios de la química verde. Se han empleado diferentes atmósferas de activación, una inerte y otra oxidante. Hasta la fecha no se existen trabajos que optimicen las condiciones de preparación de carbones activados que utilicen cáscara de almendra como precursor. Además, la metodología de preparación es perfectamente reproducible. Los carbones activados obtenidos siguiendo el diseño experimental se han caracterizado mediante diferentes técnicas analíticas e instrumentales: análisis elemental, espectroscopía infrarroja, termogravimetría, desorción térmica programada, valoraciones ácido-base de Boehm, determinación del punto de carga cero y fisisorción de N2. Los resultados de la caracterización muestran que los carbones activados poseen altas áreas específicas (mayores de 1100 m2/g en muchos casos) y una gran cantidad de grupos funcionales oxigenados ácidos, resultado de la activación con H3PO4. Mediante la aplicación de la metodología de superficies de respuesta se pueden optimizar las condiciones de preparación de los carbones activados para maximizar diferentes características de los mismos. Ya que el área específica es una de las propiedades más importantes de los carbones activados, los rangos de las condiciones de preparación para obtener los máximos valores son: una temperatura de activación entre 400 y 550ºC, un tiempo de activación entre 90 y 120 min y un ratio de activación intermedio. Mientras que si se busca obtener una porosidad bien desarrollada y una alta cantidad de grupos funcionales oxigenados las condiciones de preparación óptimas son 550ºC, 112 min y un ratio de impregnación de 1,10. La atmósfera de activación también es un parámetro importante en la preparación de carbones activados, siendo los carbones preparados en atmósfera oxidante los que presentan las mayores áreas específicas y también muestran diferentes contribuciones de los grupos ácidos presentes en la superficie del carbón. Estos resultados confirman la influencia de los parámetros de obtención de los carbones activados en sus propiedades finales, lo que permite la preparación de carbones activados ¿a medida¿ para aplicaciones concretas. Mediante un equipo de adsorción gravimétrico se han realizado las isotermas de adsorción de tolueno y n-hexano. La elección de estos compuestos orgánicos volátiles se debe al elevado uso que tienen hoy día en la industria como disolventes. Las isotermas de adsorción de tolueno y n-hexano se han realizado en el rango de presiones relativas entre 0 y 0,95 a una temperatura de 25ºC, tras la previa desgasificación de la muestra. Las capacidades máximas de adsorción muestran valores de más del 60% en peso para tolueno y mayores del 40% para n-hexano, que corresponden a los carbones activados obtenidos a temperaturas de activación bajas e intermedias y a ratios de impregnación medios. Se ha aplicado el modelo de Langmuir a las isotermas y se ha obtenido una buena correlación, confirmando una mayor afinidad de los carbones por el tolueno que presenta una mayor constante de adsorción. Se han relacionado las características texturales y químicas de los carbones con las isotermas de adsorción obtenidas. No existe una relación directa entre las características texturales o la química superficial y las capacidades de adsorción, un equilibrio entre ambas propiedades explica la alta adsorción obtenida en algunos casos. La aplicación de la metodología de superficies de respuesta ha permitido definir un rango óptimo de las condiciones de preparación de los carbones activados para maximizar la adsorción de tolueno y n-hexano. Para estudiar la influencia de la presencia de vapor de agua en la adsorción de tolueno y n-hexano sobre carbones activados se han obtenido las isotermas de adsorción de vapor de agua. Estas isotermas se han obtenido en un equipo termogravimétrico para experimentos de adsorción, y presentan un perfil del tipo V según la clasificación BDDT, lo que se debe a la naturaleza hidrofóbica de la superficie de los carbones activados. Se ha aplicado el modelo Dubinin-Serpinsky con el que se ha obtenido un ajuste adecuado de las isotermas de vapor de agua. Para el estudio del proceso de adsorción de tolueno y n-hexano en una aplicación práctica se han obtenido las curvas de ruptura mediante una instalación escala banco para la realización de adsorciones dinámicas en lecho fijo a bajas concentraciones. Se ha estudiado la influencia de las condiciones de operación en la adsorción de tolueno y n-hexano. Se han tomado valores de velocidad superficial de 0,64, 0,95 y 1,27 cm/s, concentraciones iniciales de 500, 750 y 1000 ppm y temperaturas de adsorción de 25, 50, 75 y 100ºC. Se ha obtenido que un aumento en el valor de cualquiera de las condiciones consideradas conlleva una disminución en el tiempo de ruptura de la curva de adsorción. Lo que se traduce en que al aumentar la temperatura o la velocidad superficial se reduce la capacidad de adsorción del carbón y, a mayores concentraciones, el carbón activado se satura antes. Con los resultados obtenidos se han tomado como valores de referencia para las adsorciones: 25ºC de temperatura, 0,64 cm/s de velocidad superficial y una concentración del COV en la corriente de entrada de 500 y 1000 ppm. Las capacidades de adsorción obtenidas en modo dinámico son mayores para tolueno que para n-hexano, principalmente debido a que la presión relativa equivalente en los experimentos en modo estático es superior a la obtenida para n-hexano. Además, durante los experimentos dinámicos la condición de equilibrio es difícil de alcanzar, obteniéndose valores de adsorción menores de los correspondientes a la misma presión relativa en los experimentos realizados en modo estático. Los resultados presentan adsorciones mayores del 20% en peso para tolueno y superiores al 10% para n-hexano. La influencia del vapor de agua en la adsorción de tolueno y n-hexano en modo dinámico se ha determinado realizando las adsorciones en presencia de un 3% de vapor de agua en la corriente, equivalente a un 95% de humedad relativa. Las capacidades de adsorción obtenidas son menores que en ausencia de humedad, lo que indica que se establece una competencia entre ambos adsorbatos. Las reducciones en la capacidad de adsorción son mayores para n-hexano, debido a su menor afinidad con el carbón y a las propiedades del compuesto, como su alta volatilidad. La reducción de la adsorción de n-hexano se ha reducido a una adsorción entre el 0,6 y el 3,2% en peso, mientras que el tolueno ha mantenido la adsorción entre un 10 y un 20%. Debido a que en las aplicaciones prácticas lo más frecuente es encontrar en el gas una mezcla de disolventes, en este trabajo se han realizado experimentos de adsorción de mezclas multicomponente de tolueno y n-hexano en ausencia y presencia de vapor de agua. Las adsorciones se han llevado a cabo con una concentración inicial de 250 ppm de cada compuesto y, en su caso, 3% de vapor de agua. Los curvas de ruptura para las adsorciones de la mezcla en ausencia de humedad muestran un desplazamiento del n-hexano adsorbido por parte del tolueno mostrando un efecto roll-up debido a la sustitución del n-hexano por tolueno. La mayor adsorción de tolueno respecto a n-hexano se explica por la mayor afinidad entre el tolueno y la superficie del carbón y por las propiedades diferentes de ambos compuestos, el compuesto menos volátil remplaza al más volátil, ya que se trata de adsorciones dinámicas en las que no se alcanza el tiempo necesario para el equilibrio, y el paso de la corriente por la superficie del carbón permite la sustitución de las moléculas más débilmente adsorbidas. La adsorción multicomponente parece principalmente relacionada con el área específica del carbón activado. En presencia de vapor de agua se mantiene el efecto roll-up, y la capacidad de adsorción de la mezcla disminuye entre un 30 y un 50% para n-hexano y entre un 1 y 50% para tolueno. La influencia de la presencia de vapor de agua es diferente para las adsorciones unicomponente y multicomponente, ya que existe una competencia por los sitios de adsorción entre las tres especies, marcada por las constantes de adsorción y los sitios activos de adsorción de vapor de agua. Se han realizado ciclos de adsorción-desorción de los carbones activados para valorar su uso en condiciones reales. Tras varios ciclos de adsorción-desorción a 25ºC en modo estático las capacidades de adsorción de tolueno y n-hexano se mantienen, presentando sólo un ligero descenso debido a una pequeña parte de compuesto que queda fuertemente adsorbida y la temperatura de desorción empleada no es capaz de eliminarla. Simulando una aplicación práctica, se han realizado ciclos de adsorción en modo dinámico a 25ºC y desorción a 150ºC para tolueno, n-hexano y su mezcla, manteniéndose las capacidades de adsorción a lo largo de varios ciclos. La consecución de este trabajo permite la elección de las condiciones de preparación de los carbones activados, obtenidos a partir de cáscara de almendra, de forma que se maximice una característica determinada de los mismos o una combinación de características apropiada para su uso final, en el caso presente, la adsorción de tolueno y n-hexano. Además, estos carbones activados mantienen su capacidad de adsorción después de varios ciclos de adsorción-desorción, mediante regeneración térmica, por lo que resultan aptos para su aplicación industrial.es_ES
dc.format.extent176 p.es_ES
dc.format.mimetypeapplication/pdfes_ES
dc.language.isospaes_ES
dc.relation.requiresAdobe PDFes_ES
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectControl de la contaminación atmosféricaes_ES
dc.subjectIngeniería de la contaminaciónes_ES
dc.subjectCaracterización de carboneses_ES
dc.titleDesarrollo de carbones activados a partir de residuos lignocelulósicos para la adsorción y recuperación de Tolueno y N-Hexano = Development of activated carbons from lignocellulosic wastes for toluene and n-hexane adsorption and recoveryes_ES
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/doctoralThesises_ES
dc.subject.unescoContaminación atmosféricaes_ES
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccesses_ES
dc.contributor.affiliationUniversidad San Jorge. Instituto de Investigación del Medio Ambiente y la Sostenibilidades_ES
dc.contributor.affiliationConsejo Superior de Investigaciones Científicas. Instituto de Carboquímicaes_ES
Appears in Collections:Facultad de Ciencias de la Salud

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Desarrollo de carbones activados.pdf
  Until 2099-01-01
16,06 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open Request a copy


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons