La regeneración electroquímica de adsorbentes basados en carbón activado implica la eliminación de moléculas adsorbidas en la superficie del adsorbente mediante el uso de una corriente eléctrica en una celda electroquímica que restablece la capacidad de adsorción del carbón. La regeneración electroquímica representa una alternativa a la regeneración térmica que se utiliza habitualmente en aplicaciones de tratamiento de aguas residuales . Los adsorbentes habituales incluyen carbón activado en polvo (PAC), carbón activado granular (GAC) y fibra de carbón activado.
En el tratamiento de aguas residuales, el adsorbente más comúnmente utilizado es el carbón activado granular (GAC), a menudo utilizado para tratar compuestos orgánicos volátiles y contaminantes orgánicos tanto en fase líquida como gaseosa. [1] [2] Los lechos de carbón activado varían en vida útil dependiendo de la concentración de los contaminantes que se eliminan, sus isotermas de adsorción asociadas , los caudales de entrada y los permisos de descarga requeridos. La vida útil de estos lechos puede variar entre horas y meses. El carbón activado a menudo se deposita en vertederos al final de su vida útil, pero a veces es posible regenerarlo restaurando su capacidad de adsorción y permitiendo su reutilización. La regeneración térmica es la técnica de regeneración más prolífica, pero tiene inconvenientes en términos de altos costos energéticos y comerciales y una importante huella de carbono . [3] Estos inconvenientes han fomentado la investigación de técnicas de regeneración alternativas, como la regeneración electroquímica.
Una vez agotada la capacidad de adsorción del lecho de carbón activado por la adsorción de moléculas contaminantes, el carbón se transfiere a una celda electroquímica (ya sea al ánodo o al cátodo ) en la que puede ocurrir la regeneración electroquímica.
Existen varios mecanismos por los cuales el paso de una corriente a través de la celda electroquímica puede estimular la desorción de contaminantes. Los iones generados en los electrodos pueden cambiar las condiciones locales de pH en la celda dividida, lo que afecta el equilibrio de adsorción y se ha demostrado que promueven la desorción de contaminantes orgánicos como los fenoles de la superficie del carbón. [3] [4] Otros mecanismos incluyen reacciones entre los iones generados y los contaminantes adsorbidos que resultan en la formación de una especie con una menor afinidad de adsorción por el carbón activado que posteriormente se desorbe, o la destrucción oxidativa de los compuestos orgánicos en la superficie del carbón. [5] Se acepta que los principales mecanismos se basan en la regeneración inducida por desorción, ya que los efectos electroquímicos se limitan a la superficie de los carbones porosos, por lo que no pueden ser responsables de la regeneración en masa. [3] [6] El rendimiento de diferentes métodos de regeneración se puede comparar directamente utilizando la eficiencia de regeneración. Esto se define como:
El cátodo es el electrodo reductor y genera iones OH− que aumentan las condiciones locales de pH. Un aumento del pH puede tener el efecto de promover la desorción de contaminantes en solución donde pueden migrar al ánodo y sufrir oxidación y, por lo tanto, destrucción. Los estudios sobre regeneración catódica han demostrado eficiencias de regeneración para contaminantes orgánicos adsorbidos, como fenoles, del orden del 85% basándose en tiempos de regeneración de 4 horas con corrientes aplicadas entre 10 y 100 mA. [3] Sin embargo, debido a las limitaciones de transferencia de masa entre el cátodo y el ánodo, a menudo queda contaminante residual en el cátodo a menos que se empleen grandes corrientes o tiempos de regeneración prolongados.
El ánodo es el electrodo oxidante y, como resultado, tiene un pH localizado más bajo durante la electrólisis, lo que también promueve la desorción de algunos contaminantes orgánicos. Las eficiencias de regeneración del carbón activado en el compartimento anódico son entre un 5 y un 20 % inferiores a las alcanzables en el compartimento catódico para los mismos tiempos y corrientes de regeneración [3] [6], sin embargo, no se observan residuos orgánicos debido a la fuerte naturaleza oxidante del ánodo. [6]
En el caso de la mayor parte de los adsorbentes carbonosos, la eficiencia de regeneración disminuye en los ciclos subsiguientes como resultado de bloqueos de poros y daños a los sitios de adsorción por la corriente aplicada. Las disminuciones en la eficiencia de regeneración son típicamente de un 2% adicional por ciclo. [3] La investigación de vanguardia actual se centra en el desarrollo de adsorbentes capaces de regenerar el 100% de su capacidad de adsorción a través de la regeneración electroquímica. [7] [8] [9]
Actualmente, hay un número muy limitado de sistemas de regeneración electroquímica por adsorción basados en carbón disponibles comercialmente. Uno de los sistemas existentes utiliza un adsorbente de carbón llamado Nyex en un sistema de regeneración por adsorción continua que utiliza regeneración electroquímica para adsorber y destruir contaminantes orgánicos. [10]
