Regeneración electroquímica - Electrochemical regeneration
La regeneración electroquímica de adsorbentes basados en 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.
Regeneración para reutilización de adsorbentes
En el tratamiento de aguas residuales, el adsorbente más utilizado es el carbón activado granular (GAC), que se utiliza a menudo para tratar compuestos orgánicos volátiles y contaminantes orgánicos en fase líquida y gaseosa . Los lechos de carbón activado varían en vida 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 estas camas puede variar entre horas y meses. El carbón activado a menudo se vierte en vertederos al final de su vida útil, pero a veces es posible regenerarlo restaurando su capacidad de adsorción 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 huella de carbono significativa . Estos inconvenientes han fomentado la investigación de técnicas de regeneración alternativas como la regeneración electroquímica.
Carbones activados de regeneración electroquímica
Una vez que la capacidad de adsorción del lecho de carbón activado se ha agotado por la adsorción de moléculas contaminantes, el carbón se transfiere a una celda electroquímica (al ánodo o al cátodo ) en la que puede ocurrir la regeneración electroquímica.
Principios
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 de pH locales en la celda dividida, lo que afecta el equilibrio de adsorción y se ha demostrado que promueve la desorción de contaminantes orgánicos como los fenoles de la superficie del carbono. Otros mecanismos incluyen reacciones entre los iones generados y los contaminantes adsorbidos que dan como resultado la formación de una especie con menor afinidad de adsorción por el carbón activado que posteriormente se desorbe, o la destrucción oxidativa de los orgánicos en la superficie del carbón. Se acuerda que los principales mecanismos 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. El rendimiento de diferentes métodos de regeneración se puede comparar directamente utilizando la eficiencia de regeneración. Esto se define como:
Regeneración catódica
El cátodo es el electrodo reductor y genera iones OH - que aumentan las condiciones locales de pH. Un aumento en el 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 los fenoles del orden del 85% en base a tiempos de regeneración de 4 horas con corrientes aplicadas entre 10-100 mA. 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.
Regeneración anódica
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 más bajas que las que se pueden conseguir en el compartimento catódico entre un 5 y un 20% para los mismos tiempos y corrientes de regeneración; sin embargo, no se observa ningún residuo orgánico debido a la fuerte naturaleza oxidante del ánodo.
Adsorción-regeneración repetida
Para la mayor parte de los adsorbentes carbonosos, la eficiencia de regeneración disminuye durante los ciclos posteriores como resultado de los bloqueos de los poros y el daño a los sitios de adsorción por la corriente aplicada. Las disminuciones en la eficiencia de la regeneración son típicamente un 2% más por ciclo. La investigación de vanguardia actual se centra en el desarrollo de adsorbentes capaces de regenerar el 100% de su capacidad de adsorción mediante la regeneración electroquímica.
Sistemas comerciales
Actualmente hay un número muy limitado de sistemas de regeneración electroquímica de adsorción basados en carbono disponibles comercialmente. Un sistema que sí existe usa un adsorbente de carbono llamado Nyex en un sistema continuo de adsorción-regeneración que usa regeneración electroquímica para adsorber y destruir contaminantes orgánicos.