La regeneración electroquímica de adsorbentes a base de carbón activado implica la eliminación de moléculas adsorbidas en la superficie del adsorbente con el uso de una corriente eléctrica en una celda electroquímica que restaura la capacidad de adsorción del carbón. La regeneración electroquímica representa una alternativa a la regeneración térmica comúnmente utilizada en aplicaciones de tratamiento de aguas residuales . Los adsorbentes comunes incluyen carbón activado en polvo (PAC), carbón activado granular (GAC) y fibra de carbón activado.
En el tratamiento de aguas residuales, el adsorbente más utilizado es el carbón activado granular (GAC), que a menudo se utiliza para tratar compuestos orgánicos volátiles y contaminantes orgánicos tanto en fase líquida como gaseosa. [1] [2] Los lechos de carbón activado varían en su vida útil dependiendo de la concentración de los contaminantes que se eliminan, sus isotermas de adsorción asociadas , los caudales de entrada y los consentimientos de descarga requeridos. La vida útil de estas camas puede oscilar entre horas y meses. El carbón activado suele acabar en vertederos al final de su vida útil, pero a veces es posible regenerarlo restaurando su capacidad de adsorción, lo que permite su reutilización. La regeneración térmica es la técnica de regeneración más prolífica, pero tiene desventajas 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 mediante los cuales el paso de una corriente a través de la celda electroquímica puede fomentar la desorción de contaminantes. Los iones generados en los electrodos pueden cambiar las condiciones de pH locales 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 carbono. [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 mecanismos principales se basan en la regeneración inducida por desorción, ya que los efectos electroquímicos se limitan a la superficie de los carbonos 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 de pH locales. Un aumento del pH puede tener el efecto de promover la desorción de contaminantes en una solución donde pueden migrar al ánodo y sufrir oxidación y, por tanto, destrucción. Los estudios sobre regeneración catódica han demostrado eficiencias de regeneración para contaminantes orgánicos adsorbidos, como los 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 quedan contaminantes residuales en el cátodo a menos que se empleen grandes corrientes o largos tiempos de regeneración.
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 menores que las alcanzables en el compartimento catódico entre un 5% y un 20% para los mismos tiempos y corrientes de regeneración, [3] [6] sin embargo, no se observan residuos orgánicos debido a la fuerte oxidación. naturaleza del ánodo. [6]
Para la mayor parte de los adsorbentes carbonosos, la eficiencia de la regeneración disminuye en los ciclos posteriores como resultado de bloqueos de los poros y daños a los sitios de adsorción por la corriente aplicada. Las disminuciones en la eficiencia de la regeneración suelen ser 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 mediante regeneración electroquímica. [7] [8] [9]
Actualmente existe un número muy limitado de sistemas de adsorción-regeneración electroquímica basados en carbono disponibles comercialmente. Un sistema que existe utiliza un adsorbente de carbono llamado Nyex en un sistema continuo de adsorción-regeneración que utiliza regeneración electroquímica para adsorber y destruir contaminantes orgánicos. [10]
