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2.3.1 Isoterma de Adsorción de N

y CO

Las isotermas de adsorción de N2 y CO2 a -196°C y 0°C respectivamente para el carbón

original y sus modificaciones se muestran en las Figuras 2-1 a la 2-6 y en la Tabla 2-1 se presenta los resultados para la caracterización textural obtenidos a partir de los datos experimentales de la adsorción de N2 y CO2, los datos presentados son: Área superficial

(áreaBET) calculado por el modelo BET, el volumen microporo (Vo) estimado por el

modelo DR, volumen mesoporo (VMeso) y volumen total (VTotal) calculado a la presión de

saturación y la microporosidad estrecha (Vn) de los materiales fue evaluada por aplicación del modelo DR a los datos experimentales de adsorción de CO2. La densidad

usada para el N2 líquido a -196°C y CO2 a 0°C fueron 0,808 y 1,023 g/mL

respectivamente.

Tabla 2-1. Parámetros texturales de los carbones activados determinados a partir de las

isotermas de N2 y CO2 a -196 °C y 0 °C respectivamente.

Como se observa en las Figuras 2-1 a 2-3 todos los carbones activados exhiben isotermas de adsorción tipo I, donde se presenta una rodilla a presiones relativas bajas característico de materiales microporosos en concordancia con los valores de volúmenes de poro obtenidos mediante la aplicación del modelo de Dubinin Raduskevich. El volumen de microporosidad total (Vo) y el volumen de microporosidad estrecha (Vn) en ausencia de restricciones cinéticas y difusionales, pueden ser similares evidenciando estructuras porosas de dimensiones uniformes como en el caso de la muestras GAC, GACox N 450,

Muestra N2 CO2 Área BET (m2/g) V0 (cm3/g) VMeso (cm3/g) Vt (cm3/g) Vn (cm3/g) GAC 842 0,34 0,04 0,38 0,35 GAC 900 876 0,35 0,05 0,40 0,28 GACoxN 816 0,32 0,05 0,37 0,38 GACox N 450 903 0,35 0,05 0,40 0,37 GACox N 750 935 0,37 0,05 0,41 0,35 GACoxP 873 0,35 0,04 0,39 0,36 GACoxP 450 783 0,31 0,03 0,34 0,32 GACoxP 750 888 0,35 0,04 0,39 0,34

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GACox N 750, GACox P, GACox P 450 GACox N 750, mientras que la diferencia entre estos dos valores denota un amplio rango de microporosidad [30].

Figura 2-1. Isotermas de adsorción de N2 a -196 ° C de las muestras GAC y GAC 900

Figura 2-2. Isotermas de adsorción de N2 a -196 ° C de las muestras oxidadas con ácido nítrico

Figura 2-3. Isotermas de adsorción de N2 a -196 ° C de las muestras oxidadas con peróxido de

hidrógeno GACoxP, GACoxP 450, GACoxP 750

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Figura 2-5. Isotermas de adsorción de CO2 a 0 ° C de las muestras oxidadas con ácido nítrico

GACoxN, GACoxN 450, GACoxN 750

Figura 2-6. Isotermas de adsorción de CO2 a 0 ° C de las muestras oxidadas con peróxido de

Al analizar los resultados obtenidos se observa que la muestra sometida al tratamiento de oxidación con ácido nítrico GACoxN presentan un decrecimiento en el área superficial, volumen de microporo (Vo), y un aumento en la microporosidad estrecha, este comportamiento se debe a que el tratamiento de oxidación favorece la formación de grupos oxigenados superficiales que son localizados en los bordes de las aperturas de los poros lo cual limita la accesibilidad de la molécula de nitrógeno a las estructuras porosas [26], de acuerdo con trabajos reportados los grupos desarrollados son de tipo ácido - específicamente ácido carboxílico y carbonilo [27], además en la modificación de sólidos con soluciones de HNO3 se presenta también el colapso de estructuras porosas, este

último efecto explica el incremento en el volumen de mesoporosidad.

En la muestra oxidada con peróxido de hidrógeno se observa un aumento en el área superficial cercano al 7,0% con respecto a la muestra GAC, ya que sumado al proceso de formación de grupos superficiales oxigenados también se produce la apertura de estructuras porosas [27]. Es decir, en un proceso de modificación de la superficie de un sólido se presentan varios procesos como lo son: la formación de grupos superficiales, la apertura de nuevas estructuras porosas junto con el ensanchamiento y ahondamiento de las estructuras ya existentes. El equilibrio entre estos procesos determina finalmente el efecto sobre el área superficial de los sólidos [28-30].

En cuanto a las muestras sometidas al tratamiento térmico bajo atmósfera de nitrógeno posterior a la oxidación los carbones activados presentaron un incremento del área superficial inclusive mayor que la muestra de partida GAC y la muestra tratada a mayor temperatura, GAC 900. Así, para las muestras previamente tratadas con ácido nítrico, el tratamiento a las temperaturas de 450°C (GACoxN 450) y 750°C (GACoxN 750) llevó a un aumento en los valores de área superficial de cerca del 10,7% y 14,6%, con respecto a la muestra oxidada, este resultado confirma la formación de los grupos oxigenados sobre la superficie, tomando en cuenta que este tipo de tratamientos promueve la descomposición selectiva de los grupos funcionales superficiales oxigenados en CO y CO2 de acuerdo con

las estabilidad térmica de cada grupo, se explica además que estas muestras superen incluso el área superficial de la muestra tratada a mayor temperatura GAC900. Una tendencia similar presentan las muestra GACoxP y GACoxP 750, sin embargo la muestra

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2.3.2. Microscopía electrónica de barrido SEM

Las Figuras 2-7 (a),(b) y (c) muestran las imágenes obtenidas por microscopía electrónica de barrido SEM de la superficie del carbón activado de partida (GAC), se puede observar que a escala micrométrica, la morfología de la superficie externa, la cual presenta cavidades con un alto grado de uniformidad y rugosidad, estos espacios son del orden de 1 µm [31].

Si bien los microporos y mesoporos no son visibles, las fotografías presentan las formas y localización de los macroporos sobre la superficie de la muestra. Los macroporos se forman durante la activación por efecto del gas de oxidación en este caso el CO2 y la

pérdida de material volátil durante la pirolisis y favorecen los procesos difusionales [32].

2.4. Conclusiones

La estructura porosa del carbón activado fue estudiada por adsorción de nitrógeno y dióxido carbono y SEM, de lo cual se puede concluir que:

 Las muestra oxidada que se obtienen a partir del tratamiento con ácido nítrico

GACoxN presenta una disminución del área superficial del 6,85% con respecto

a la muestra GAC900, esta disminución del área superficial se atribuye a la formación de grupos superficiales oxigenados en los bordes de las aperturas de los poros, lo cual disminuye la accesibilidad de la molécula de nitrógeno. En cuanto a la muestra oxidada con peróxido de hidrógeno se observa un aumento en el área superficial de un 7,00% con respecto a la muestra GAC, considerando que sumado al proceso de formación de grupos superficiales oxigenados también se produce la apertura de ciertas estructuras porosas.

 Los tratamientos con los agentes oxidantes no modifica la naturaleza microporosa de los sólidos

 Las muestras sometidas al tratamiento térmico bajo atmósfera de nitrógeno posterior al tratamiento de oxidación presentaron un incremento del área superficial esta evidencia la formación de grupos oxigenados sobre la superficie, considerando que este tipo de tratamientos promueve la descomposición de los grupos funcionales superficiales oxigenados en CO y CO2 de acuerdo con la estabilidad térmica de cada grupo.

 Basado en las observaciones de SEM el material de partida GAC, presenta cavidades con un alto grado de uniformidad y rugosidad, estos espacios son del orden de 1 µm.

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3. Capítulo. Caracterización Química de