Desulfuración y desnitrogenación de un diésel modelo mediante carbón activado modificado con (oxi)hidróxidos de Fe y Mn

Abstract

"Las actividades petroquímicas han aumentado en los últimos años y con ellas las emisiones de óxidos de nitrógeno y de azufre como consecuencia de la quema de combustibles fósiles; las cuales impactan directamente en el medio ambiente y en la salud de los seres humanos. Actualmente, la principal estrategia para controlar o reducir estas emisiones es el hidrotratamiento aplicado al diésel para remover compuestos azufrados y nitrogenados antes de ser utilizado en el sector industrial o transporte. Este tratamiento permite disminuir la concentración de compuestos azufrados y nitrogenados en un intervalo de 300 a 500 ppm, sin embargo, llegar a las concentraciones permitidas (15 ppm) resulta complicado, por lo tanto, se requieren procesos alternos como la adsorción con la finalidad de cumplir con las regulaciones ambientales. En este estudio, un carbón activado comercial (F-400) fue modificado con óxidos de Fe y Mn mediante hidrólisis térmica asistida por microondas (MH), y fue evaluado en la adsorción de compuestos azufrados y nitrogenados refractarios como dibenzotiofeno (DBT), 4,6-dimetildibenzotiofeno (DMDBT), indol (I) y quinolina (Q) en un diésel modelo preparado con una mezcla de decano-hexadecano con 200 ppm-S y 200 ppm-N. El carbón activado granular comercial F400 (CAG) y los materiales modificados (CAG-Mn, CAG-Fe y CAG- FeMn) fueron caracterizados fisicoquímicamente mediante las técnicas analíticas de DRX, ATG, MEB y FN. Los resultados mostraron que se obtuvo un aumento en el área específica de los 3 materiales modificados hasta en un 14%. Se encontró que el Mn controla los hábitos cristalinos de los (oxi)hidróxidos de hierro anclados en el CAG, lo cual incrementa la capacidad de adsorción de las moléculas nitrogenadas y azufradas en más del 20%. Las cinéticas de adsorción mostraron que el tiempo requerido para alcanzar el equilibrio de adsorción, para las 4 moléculas y los 4 materiales, es de 12-17 horas aproximadamente. Los principales mecanismos de adsorción propuestos son interacciones tipo π-π entre los anillos aromáticos de los adsorbatos y las láminas grafíticas del carbón activado, así como interacciones ácido-base entre las moléculas orgánicas y los grupos funcionales del carbón activado. "

"Petrochemical activities have been increased in recent years and with it the emissions of nitrogen and sulfur oxides as consequence of burning fossil fuels having a direct impact on the environment and human health. Currently, the main strategy to control or reduce these emissions is the hydrotreatment process, which is applied to remove sulfur and nitrogen compounds from diesel before being used in the industry or transport. This treatment allows the reduction of sulfur and nitrogen compounds in an interval of 300-500 ppm, however is not enough and hence alternative processes like adsorption are required with the aim of achieving concentrations below 15 ppm, to accomplish environmental regulations. In this study, a commercial activated carbon (F400) was modified with Fe and Mn oxides by microwave thermal hydrolysis (MH), and was evaluated for the adsorption of sulfur and nitrogen refractory compounds such as dibenzothiophene (DBT), 4,6- dimethyldibenzothiophene (DMDBT), indole (I) and quinoline (Q) in a model diesel prepared in a mixture of decane-hexadecane with 200 ppm-S and 200 ppm-N. The commercial granular activated carbon F400 (CAG) and the modified materials (CAGMn, CAG-Fe and CAG-FeMn) were physicochemically characterized by the analytical techniques XRD, TGA, SEM and FN. The results have shown an increase in the specific area of 14 % by means of microwave thermal hydrolysis for the 3 modified materials. It was found that Mn controls the crystalline habits of the iron (oxy)hydroxides anchored on CAG, allowing an increase in the adsorption capacity of the nitrogen and sulfur molecules by more than 20 %. The adsorption kinetics show that the time to reach the adsorption equilibrium, for the 4 molecules and the 4 materials, is of approximately 12-17 hours. The main adsorption mechanisms proposed are π-π interactions between aromatic rings of the adsorbates and graphitic sheets of activated carbon, as well as acid-base interactions between organic molecules and functional groups of activated carbons."