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El carbón activado es una forma del carbón que se procesa para que tenga mayor área superficial en forma de poros, dónde se da la adsorción física o química de los contaminantes [1]. Un gramo de carbón activado puede tener alrededor de 500 -3000 m² de superficie, y una cucharadita (6-8 g) tiene aproximadamente el área de un campo de fútbol (7140 m²) [1]. Las fuerzas de Van Der Waals u otros enlaces químicos son las interacciones que permiten que el carbón activado adsorba los contaminantes [2].

El carbón activado se produce por activación química, física con vapor a alta temperatura o la combinación de ambas, a partir de cáscara de coco, turba, madera dura y blanda, carbón de lignito, carbón bituminoso, huesos de aceituna [2], bambú, aserrín, huesos de melocotón, entre otros [1].

Capacidad de adsorción

La capacidad de adsorción del carbono está fuertemente influenciada por la estructura química de su superficie, que depende de los grupos funcionales presentes:

• Grupos carboxilo
• Grupos hidroxilo fenólicos
• Grupos carbonilo
• Grupos lactónicos.

Además, de la estructura de los poros que depende del material empleado para la producción del carbón activado y el método de activación [3].

Así, el carbón activado a base de materiales como el coco, el carbón mineral (antracita, bituminoso, o lignito) y la madera, presentan diferentes características en su porosidad por lo que se emplean en diferentes usos: el carbón activado a base de coco contiene un 90% de microporos (<100 Å) y es apto para la declorinación, el de carbón mineral contiene principalmente micro y mesoporos (100-1000 Å) y se usa para eliminar olores pero no en es recomendado para el tratamiento de aguas porque puede afectar el sabor, y el carbón activado de madera contiene meso y macroporos (>1000 Å) y permite la remoción de color [4, 5, 6].

Efecto en el pH del agua

El carbón activado puede alterar el pH del agua, dependiendo de su método de activación y de la composición química del agua a tratarse. Así, puede influir el contenido de cenizas del material de partida del que se produjo el carbón activado, las cargas presentes en su superficie, los residuos del proceso de activación, y el total de sólidos disueltos (TDS); además de la capacidad buffer y el pH del agua que pasa por el carbón. El efecto de alteración del pH puede durar 150 a 500 volúmenes de lecho [7, 8, 9]. 

Asimismo, existe una clasificación del carbón activado en tipo H y L. El “tipo H” son hidrófobos y cuando se sumergen en el agua adquieren una carga positiva al absorber iones de hidrógeno (H +), por lo que el pH normal de sus efluentes es ligeramente básico. Mientras que el carbón “tipo L” es hidrófilo, absorbe iones de hidroxilo (OH-) cuando se sumerge en agua y el pH normal del efluente es ácido [7,8,9].

Finalmente, el carbón activado permite la remoción de gran cantidad de productos químicos orgánicos e inorgánicos en el agua, como subproductos de desinfección, pesticidas, y algunos metales pesados, mejorando así su olor y sabor. Pero es importante destacar que, también hay gran cantidad de sustancias que no puede remover, entre ellas el arsénico, fluoruros, nitratos, fosfatos, sodio y aunque puede atrapar microorganismos, no puede matarlos, de hecho, hay bacterias que colonizan fácilmente el carbón activado granular [10, 11,12]. Además, si en el agua hay presencia de contaminantes más grandes que sus poros, se pueden saturar fácilmente, impidiendo la buena remoción de contaminantes, por lo que es importante que a la hora de hacer el montaje de un tren de tratamiento de agua se considere las características de los contaminantes a remover. 

Cabe considerarse que, los picos de pH en el agua que se producen durante el tratamiento con carbón activado pueden no ser aceptables para el consumo, vertimiento o funcionamiento de otros equipos posteriores al filtro para el tratamiento de las aguas, por lo que se debe verificar con el proveedor el rango aceptable de variación del pH, lavar el carbón hasta no observarse variaciones en el pH, hacer mediciones constantes de pH cuando se usa un carbón nuevo y/o ajustar in situ el pH alterado.

Referencias:

1. Carbon Block Technology. 2021. The Science Behind Activated Carbon Water Filters | CB Tech. [online] Available at: https://www.carbonblocktech.com/the-science-behind-activated-carbon-water-filters/ [Accessed March 2021].
2. Haycarb.com. 2021. Activated Carbon Basics| Haycarb PLC. [online] Available at: https://www.haycarb.com/activated-carbon [Accessed March 2021].
3. Carlson, C. and Ebben, A., 2021. Introduction to Activated Carbon. [online] FEECO International Inc. Available at: https://feeco.com/introduction-to-activated-carbon/ [Accessed March 2021].
4. Richards, N., 2015. What’s the difference? Wood, Coconut, or Charcoal based filtration. [online] PS Filter. Available at: https://www.psfilter.com/filtration-equipment-blog/what-s-the-difference-wood-coconut-or-charcoal-based-filtration/ [Accessed March 2021].
5. KALPAKA CHEMICALS. 2021. Coal Activated Carbon | Coconut Activated Carbon | Wood Activated Carbon – Kalpaka Chemicals, India. [online] Available at: https://www.kalpakachemicals.com/news/coconut-vs-coal-vs-wood-activated-carbon/ [Accessed March 2021].
6. Carbon Block Technology. 2021. Coal vs. Wood vs. Coconut Carbon Filters | CB Tech. [online] Available at: https://www.carbonblocktech.com/coconut-wood-coal-filters/ [Accessed March 2021].
7. WCP Online. 2021. The Issue of pH Adjustment in Acid-Washed Carbons – WCP Online. [online] Available at: http://wcponline.com/2001/05/15/filtration-media-issue-ph-adjustment-acid-washed-carbons/ [Accessed March 2021].
8. Desotec.com. 2021. Activated carbon pH acidity | Desotec. [online] Available at: https://www.desotec.com/es/carbonology/carbonology-academy/activated-carbon-ph-acidity [Accessed March 2021].
9. Pureflow. 2021. Activated Carbon | Pureflow. [online] Available at: https://www.pureflowinc.com/activated-carbon/ [Accessed March 2021].
10. Indy Soft Water. 2021. What Carbon Water Filters Actually Remove | Indy Soft Water. [online] Available at: https://indysoftwater.com/blog/what-carbon-water-filters-actually-remove/ [Accessed March 2021].
11. Desotec.com. 2021. Wastewater treatment: how activated carbon compares with other technologies | Desotec. [online] Available at: https://www.desotec.com/en/carbonology/carbonology-cases/wastewater-treatment-how-activated-carbon-compares-other-technologies [Accessed March 2021].
12. Howard Backer. 2019. 5 – Water Disinfection for International Travelers. Travel Medicine (Fourth Edition). Elsevier. Pages 31-41. ISBN 9780323546966, https://doi.org/10.1016/B978-0-323-54696-6.00005-7. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780323546966000057