Production of activated carbon from agave salmiana bagasse and its modification to remove arsenic from water

Abstract

"El carbón activado (CA) es conocido como uno de los mejores adsorbentes debido a su gran área específica, estabilidad química, y diversas funcionalidades químicas, haciéndolo un material apto para la adsorción de compuestos polares y no polares en fase líquida y gaseosa. Comercialmente, el CA se produce a partir de antracita, hulla, lignito, turba y materiales lignocelulósicos, como cáscaras de coco y madera. Sin embargo, el costo relativamente alto de éstas materias primas incrementa el precio del CA, haciendo incosteable su aplicación. Estudios previos han demostrado que los desechos agrícolas son una prometedora opción para ser utilizados como precursores de CA debido a su gran disponibilidad y bajo costo. Teniendo en cuenta la importancia comercial del carbón activo, ésta tesis explora la posibilidad de producir CA a partir del bagazo de Agave salmiana, que es un desperdicio de la industria del mezcal en San Luis Potosí.El proceso de activación química (con ZnCl2 y H3PO4) fue estudiado por análisis termogravimétrico y microscopía electrónica de barrido. A los materiales obtenidos se les determinó el área específica, distribución de tamaño de poro, composición elemental, dureza y pHPZC. La metodología de superficie de respuesta se utilizó para determinar el efecto de las condiciones de producción (concentración de agente activante, temperatura de activación y tiempo de activación), sobre el área superficial y la dureza de los carbones activados resultantes. Se determinaron las condiciones de producción para obtener CA con características físicas adecuadas para ser utilizados en columnas empacadas. Los poros presentes en el carbón activado están dentro del rango de los microporos (diámetro<2nm). La dureza y el área específica de los materiales generados con H3PO4 variaron desde 75.9 hasta 95.5% y de 235 a 1327 m2/g, respectivamente. Por otra parte, los carbones activados con ZnCl2 exhibieron una mayor área específica en comparación con los materiales activados con H3PO4 (de 2 a 2109 m2/g), pero menor dureza (de 60.7 a 95.4%)."

"Activated carbon is a well known adsorbent material, its porosity, large surface area, physical and chemical stability, and diverse chemical functionality make this suitable for the adsorption of both polar and no polar compounds in liquid and gas environments. Commercial activated carbons are mainly produced from anthracite, bituminous carbon, lignite, peat and lignocellulosic materials, such as wood and coconut shells. However, the relatively high cost of these raw materials increases the price of activated carbon and difficult its practical applications in the treatment of liquid and gaseous streams. Previous studies have reported that agricultural and industrial wastes are promising activated carbon precursors due their large availability and low cost. The use of these residues also helps to deal with the treatment and disposal of these wastes. Taking into account the commercial importance of activated carbon, this thesis explored the feasibility to produce activated carbon from Agave salmiana bagasse which is a waste from the mescal industry in San Luis Potosí. The chemical activation process (by ZnCl2 and H3PO4) was studied by thermogravimetric analyses and scanning electron microscopy. The produced activated carbons were characterized by nitrogen adsorption at -196 °C, elemental analyses, hardness and pHPZC. The response surface methodology was employed to determine the effect of the production conditions (concentration of activating agent, activation temperature and time) on the surface area and hardness of the resulting activated carbons. We also determined the production conditions to obtain the carbons with an adequate balance between surface area and hardness, needed in packed columns. The generated activated carbons are mainly microporous, with pore volumes between 0.24 and 1.20 cm3/g. Also, the pore’s size can be increased by modifying the amount of activating agent and temperature. The hardness and surface area of H3PO4 activated carbons ranged from 75.9 to 95.5 % and from 235 to 1327 m2/g, respectively. On the other hand, ZnCl2 activated carbons exhibited higher surface area when compared to H3PO4 activated carbons (from 2 to 2109 m2/g) and hardness from 60.7 to 95.4 %."