Evaluación del uso de la corteza de manihot esculenta (yuca) para la obtención de materiales carbonosos

Incluye tablas, ilustraciones, graficas y anexos.

En esta investigación se utilizó la cáscara de Manihot esculenta (Yuca), para elaborar materiales carbonosos con porosidad desarrollada, mediante la activación química con ácido fosfórico (H3PO4); para tal fin se evaluaron las características fisicoquímicas del material vegetal inicial, determinando el contenido de humedad, materia volátil y cenizas, según las normas, ASTM D 4442-16, ASTM E 872-82 y ASTM E 1755-1, respectivamente. La activación de las partículas de los materiales carbonosos se logró impregnando el material vegetal con H3PO4 al 50 %, por el método de humedad incipiente con relación 1:3, se prepararon tres muestras de carbón (CA1, CA2 Y CA3), bajo diferentes condiciones: temperatura de activación y tiempo de carbonización, siendo estas, 500 °C/2 h, 600 °C/1,5 h y 700 °C/1 h. En términos de rendimiento CA3 fue el mejor con 21,42% comparado con CA1 y CA2; por último se realizó la caracterización fisicoquímica los materiales preparados por medio de análisis próximo y se determinó el potencial de adsorción mediante el número de yodo e índice de azul de metileno, donde destacó CA3 con un resultado de 554.625 mg/g y 15 ml/0,1g respectivamente; el potencial de adsorción de CA1, CA2 y CA3 se evaluó con soluciones de pH entre 2-8 ±0,1; se evidenció que los tres carbones presentan afinidad a soluciones básicas, siendo CA3 el carbón con mayor eficiencia con un porcentaje del 95 a 97% comparado al CA1 con 35 a 38% y CA2 con un 78 a 80% en una solución con pH de 8,028. Se concluye que el tratamiento aplicado a CA3 fue el más efectivo para la elaboración de carbones activados, el cual mostró mayor capacidad de adsorción en medios básicos.

In this investigation, the husks of Manihot esculenta (Yucca) was used to produce carbonaceous materials with developed porosity, through chemical activation with phosphoric acid (H3PO4); for this purpose, the physicochemical characteristics of the initial plant material were evaluated, determining the content of moisture, volatile matter and ash, according to the standards, ASTM D 4442-16, ASTM E 872-82 and ASTM E 1755-1, respectively. The activation of the particles of the carbonaceous materials was achieved by impregnating the plant material with H3PO4 at 50 %, by the method of incipient humidity in a ratio of 1:3. Three carbon samples (CA1, CA2 and CA3) were prepared under different conditions: activation temperature and carbonization time, these being 500 °C/2 h, 600 °C/1.5 h and 700 °C/1 h. In terms of performance CA3 was the best with 21.42% compared to CA1 and CA2; finally the physicochemical characterization of the prepared materials was performed by means of close analysis and the adsorption potential was determined by means of iodine number and methylene blue index, where CA3 stood out with a result of 554. 625 mg/g and 15 ml/0.1g respectively; the adsorption potential of CA1, CA2 and CA3 was evaluated with solutions of pH between 2-8 ±0.1; it was shown that the three carbons present affinity to basic solutions, CA3 being the most efficient carbon with a percentage of 95 to 97% compared to CA1 with 35 to 38% and CA2 with 78 to 80% in a solution with pH 8.028. It is concluded that the treatment applied to CA3 was the most effective for the production of activated carbons, which showed greater adsorption capacity in basic media.

Autorizacion. – Dedicatoria. – Agradecimiento. -- Tabla de contenido. -- Lista de tablas. -- Lista de ilustraciones. – Resumen. – Abstract. -- Planteamiento del problema. – Justificacion. -- 1. Introduccion. -- 2. Objetivos. -- 2.1. Objetivo general. -- 2.2. Objetivos específicos. -- 3. Marco teorico. -- 3.1. La yuca (manihot esculenta crantz). -- 3.1.1. Yuca (manihot esculenta crantz) generalidades. -- 3.1.2. Morfología de la yuca. -- 3.1.3. Producción de yuca (manihot esculenta crantz) en Colombia. -- 3.1.4. Producción de yuca en el departamento del Meta. -- 3.2. Agroindustria de la yuca. -- 3.2.1. Aprovechamiento de los residuos de la yuca. -- 3.3. Carbon activado. -- 3.4. Características fisicoquímicas. -- 3.4.1. Química superficial. -- 3.4.2. Textura porosa. -- 3.4.3. Área superficial. -- 3.4.4. Métodos de Preparación. -- 3.4.5. Aplicación del carbón activado. -- 3.5. Fenómeno de adsorción. -- 3.5.1. Remoción de Metales pesados. -- 3.5.2. Remoción de colorantes. -- 3.5.3. Remoción de COV’s. -- 3.5.4. Remoción de fenoles. -- 3.5.5. Aplicación como medicamento. -- 4. Metodologia. -- 4.1. Area de estudio. -- 4.2. Caracterizacion fisicoquimica del material vegetal. -- 4.2.1. Determinación de humedad. -- 4.2.2. Determinación de materia volátil. -- 4.2.3. Determinación de cenizas. -- 4.2.4. Determinación de carbono fijo. -- 4.3. Elaboración de materiales carbonosos. -- 4.3.1. Pretratamiento. -- 4.3.2. Impregnación por el método de humedad incipiente. -- 4.3.3. Carbonización. -- 4.4. Caracterizacion fisicoquimica del material carbonoso. -- 4.4.1. Determinación de humedad. -- 4.4.2. Determinación de materia volátil. -- 4.4.3. Determinación de cenizas. -- 4.4.4. Determinación de carbono fijo. -- 4.5. Potencial de adsorción. -- 4.5.1. Determinación del número de yodo. -- 4.5.2. Evaluación de la adsorción de Yodo. -- 4.5.3. Determinación del índice de azul de metileno. -- 4.5.4. Evaluación de la adsorción de azul de metileno. -- 5. Diseño experimental. -- 5.1. Analisis estadístico. -- 5.2. Materiales. -- 5.3. Equipos. -- 5.3.1. Horno de pirolisis. -- 5.3.2. Mufla. -- 5.3.3. Horno de convección. -- 6. Resultados y discusión. -- 6.1. Caracterizacion fisicoquimica del material vegetal. -- 6.1.1. Determinación de humedad. -- 6.1.2. Determinación de cenizas. -- 6.1.3. Determinación de materia volátil. -- 6.1.4. Determinación de carbono fijo. -- 6.2. Elaboración de materiales carbonosos. -- 6.2.1. Impregnación y carbonización del material vegetal. -- 6.3. Caracterizacion fisicoquimica del material carbonoso. -- 6.3.1. Determinación de humedad. -- 6.3.2. Determinación de materia volátil. -- 6.3.3. Determinación de cenizas. -- 6.3.4. Determinación de carbono fijo. -- 6.4. Potencial de adsorción. -- 6.4.1. Determinación del número de yodo. -- 6.4.2. Capacidad de adsorción de yodo. -- 6.5. Indice de azul de metileno. -- 6.5.1. Capacidad de adsorción de azul de metileno. -- 6.5.2. Porcentaje de remoción de azul de metileno. -- 7. Conclusiones. -- 8. Bibliografia

Trabajo realizado como opción de grado tesis, con el fin de obtener el título profesional como ingeniero agroindustrial.

Pregrado

Ingeniero(a) Agroindustrial