Adsorción de tolueno en carbón activado. Estudio teórico-experimental preliminar.

Abstract

La emisión de compuestos orgánicos volátiles (COVs) por parte de las industrias constituye una significativa fuente de contaminación ambiental. Esta problemática incide directamente en la salud y comodidad de las comunidades circundantes, dando lugar a diversas afecciones atribuidas a concentraciones superiores a los umbrales permitidos de COVs en el entorno. En respuesta a este desafío, la aplicación de la adsorción en carbón activado (CA) ha emergido como una solución destacada debido a su eficacia, bajo costo y capacidad de reutilización. Por ello, se realizó un estudio teórico-práctico que abarcó desde un análisis bibliográfico de investigaciones sobre adsorción de COVs, hasta la definición, diseño y aplicación de un procedimiento experimental, a nivel de laboratorio, para desarrollar experimentos de adsorción de manera replicable. La misma consta de una secuencia de pasos que incluyen: (i) acondicionamiento del CA, (ii) preparación de muestras, (iii) medición de datos y (iv) construcción de la isoterma de adsorción de Tolueno (TOL), seleccionado como compuesto modelo, en CA. Se usaron dos técnicas de análisis, a saber, termogravimetría (TG) y cromatografía de gases (CG). Se confirmó la reproducibilidad del procedimiento experimental seleccionado a través de la realización de 3 pruebas idénticas, las que arrojaron un error cuadrático medio (ECM) de 0,83 (%). Luego, se estudió el comportamiento de la adsorción de TOL en CA a distintas concentraciones, obteniendo la isoterma de adsorción a 22°C, donde la máxima capacidad de adsorción experimental fue de 263 (𝑚𝑔/𝑔), aunque se observó un promedio en 255 (𝑚𝑔/𝑔) como máximo para diferentes concentraciones. Además, se propuso que, por cada microlitro de tolueno, debe haber al menos 7,5 (𝑚𝑔) de CA para asegurar una adsorción sobre el 90%. Finalmente, se ajustaron los datos experimentales a los modelos de Langmuir (LM), Freundlich (FR) y Dubinin-Radushkevich (D-R), obteniendo que el modelo de isoterma D-R fue el que mejor predijo el comportamiento de la adsorción de TOL sobre CA. Se recomienda repetir las pruebas a menor concentración de tolueno, para otra sustancia odorífera, como acetona; utilizar el método de columna dinámica y aplicar tratamientos de mejora al CA como impregnación de Cu.

The emission of volatile organic compounds (VOCs) by industries constitutes a significant source of environmental pollution. This problem directly affects the health and comfort of the surrounding communities, giving rise to various conditions attributed to concentrations higher than the permitted thresholds of VOCs in the environment. In response to this challenge, the application of adsorption on activated carbon (AC) has emerged as a prominent solution due to its effectiveness, low cost and reusability. Therefore, a theoretical-practical study was carried out that ranged from a bibliographic analysis of research on VOC adsorption, to the definition, design, and application of an experimental procedure, at the laboratory level, to develop adsorption experiments in a replicable manner. It consists of a sequence of steps that include: (i) AC conditioning, (ii) sample preparation, (iii) data measurement and (iv) construction of the adsorption isotherm of Toluene (TOL), selected as a compound. model, in CA. Two analysis techniques were used, namely thermogravimetry (TG) and gas chromatography (GC). It was validated that the proposed experimental procedure was reproducible through the performance of 3 identical tests, which yielded an ECM of 0,83 (%). Then, the behavior of the adsorption of TOL in CA-s at different concentrations was studied, obtaining the adsorption isotherm at 22°C, where the maximum experimental adsorption capacity was 263 (𝑚𝑔/𝑔), although stability was observed around 255 (𝑚𝑔/𝑔) maximum for different concentrations. Furthermore, it was proposed that, for every microliter of toluene, there must be at least 7,5 (mg) of CA-s to ensure adsorption of over 90%. Finally, the experimental data were fitted to the Langmuir (LM), Freundlich (FR) and Dubinin-Radushkevich (D-R) models, obtaining that the D-R isotherm model was the one that best predicted the behavior of the adsorption of TOL on CA-s. For greater clarity in the study, it is recommended to repeat the tests at a lower concentration; with another odoriferous substance, such as acetone; use the dynamic column method and apply improvement treatments to the AC such as Cu impregnation