El carbón activo o carbón activado es un material altamente poroso compuesto mayoritariamente por carbono.

Una característica común en cualquier tipo de carbón es su capacidad para generar un fenómeno fisicoquímico denominado “adsorción”, mediante el cual los átomos de la superficie del material atraen y retienen cierto tipo de moléculas atrapadas en compuestos líquidos o gaseosos.

Sin embargo, la capacidad de adsorción del carbón activado es muy superior a la del resto de carbones debido a la gran área superficial que le proporciona su estructura en forma de placas grafíticas.

Por este motivo, el uso de carbón activado está muy extendido en aquellos procesos en los que se deseé eliminar compuestos tóxicos, impurezas o elementos indeseables en sustancias liquidas o gaseosas.

Se emplea de forma habitual en procesos de purificación donde se requiere eliminar uno o varios compuestos de un compuesto líquido o gaseoso.

Ejemplos de su aplicación son:

• Potabilización de agua: La mayoría de las Estaciones de Tratamiento de Agua Potable (ETAPs) emplean el carbón activado para reducir la presencia de compuestos orgánicos no deseables en el agua o bien para mejorar las propiedades organolépticas de la misma.
• Compuestos no aceptables en materias primas o productos de alta pureza, por ejemplo el ácido ascórbico utilizado en la fabricación de vitamina C, decoloración de azúcares, glucosas, vino o zumos, eliminación de cloro, cloraminas u ozono del agua, etc…
• Control de las emisiones atmosféricas en procesos industriales: En muchos procesos industriales se generan emisiones de gases contaminantes, que requieren un tratamiento adecuado antes de ser emitidos a la atmósfera. Existen diferentes medios para tratar estos gases, y uno de ellos es la filtración de los mismos a través de un lecho de carbón activo granular.

El Carbón Activado destinado a la potabilización de agua, puede emplearse en forma de polvo (CAP), dosificándose en el agua como un reactivo, o bien en forma granular (CAG), empleándose como un medio filtrante a través del cual pasa el agua.

La ventaja del uso del carbón en forma granular, frente a su uso en forma de polvo, es que cuando el CAG ha agotado toda su capacidad de adsorción, puede ser sometido a un proceso de regeneración o de reactivación que restablece sus características iniciales y permite por lo tanto su reutilización evitando así la generación de un residuo además de reducir los costes.

El principal mecanismo por el cual se retienen contaminantes en la superficie del CAG es el de adsorción física, y como tal, es reversible. La estructura grafítica del Carbón Activo hace que este sólido resista temperaturas muy elevadas, así como cambios bruscos de la misma. Basados en estas propiedades existen métodos llamados de reactivación o regeneración, con los que pueden eliminarse los compuestos adsorbidos por el CAG y restablecer de este modo sus propiedades iniciales para su reutilización. El coste de este proceso suele ser entre el 60 y el 70% del precio del carbón nuevo.

El fenómeno de reactivación consiste en lo siguiente:

• En una primera etapa aumenta la temperatura del carbón hasta llegar a aquella que corresponde a la ebullición del agua. Las moléculas más volátiles adsorbidas por el carbón se desprenden y el agua se evapora.
• El carbón continúa calentándose hasta alcanzar una temperatura de entre 300 y 450ºC. En ese lapso se desorben otras moléculas orgánicas menos volátiles que el agua.
• Los compuestos orgánicos que no se han desorbido se empiezan a descomponer. A esta descomposición se le llama pirolisis y como resultado se forma carbón amorfo que sigue depositado sobre la superficie grafítica del CAG.
• Cuando la temperatura supera aproximadamente los 500ºC el carbón amorfo que resultó de la etapa anterior empieza a reaccionar con el vapor de agua, el oxígeno, el monóxido y el dióxido de carbono de la corriente de gases. Como resultado se forman otras moléculas de vapor de agua y de monóxido y dióxido de carbono, que se desprenden hacia la corriente gaseosa. Las placas grafíticas que forman la estructura del CAG son menos reactivas que los átomos de carbón amorfo, por lo que no reaccionan o no lo hacen de manera importante. De este modo se recupera la estructura de poros inicial y por lo tanto su funcionalidad como adsorbente.

Para la creación del carbón activado se utilizan diferentes materias primas como pueden ser: maderas de distintas durezas, carbones minerales, cáscaras o huesos vegetales, etcétera.

El proceso de activación consiste en reordenar los átomos de carbono en forma de placas grafíticas. Estas placas suelen tener forma aplanada y forman espacios entre ellas al agruparse conocidos como poros.

Son precisamente estos espacios o poros los que incrementan el área superficial del carbón e incrementan drásticamente su capacidad adsorbente.

Existen varios tipos de activación del carbón activo (térmica y química), que, junto con la materia prima utilizada para la fabricación del carbón, tienen efectos en la distribución del tamaño de los poros o espacios entre las placas grafíticas del material.

Dicho de otro modo, la forma de activación y materias primas determinan el tamaño de los poros y, en consecuencia, al tipo de moléculas que podrá adsorber. Por este motivo, se emplean distintos tipos de carbón activado en función del compuesto que se quiera eliminar.

El Carbón Activado se utiliza como adsorbente en la potabilización del agua desde hace mucho tiempo. En un inicio, su objetivo era la adsorción de olor y sabor, o bien la eliminación de cloro libre residual que permanece después de la etapa de desinfección e imparte mal sabor al agua o afecta a otros procesos.

Actualmente el CA ya no solo se aplica con los fines anteriores, sino con el de retener contaminantes orgánicos y sintéticos que están presentes en la mayor parte de las fuentes de agua potable.

Se considera como la mejor tecnología disponible para cumplir con esta tarea y por lo tanto, es uno de los procesos básicos de potabilización que forma parte del tren de tratamiento en la mayoría de las ETAPs.

El carbón activado es uno de los compuestos más utilizados en procesos de adsorción o separación. Su eficacia depende en gran media de las características del compuesto a retener o adsorbato y de su afinidad con las características del propio carbón. Por este motivo, es esencial seleccionar el carbón correcto en cada aplicación.

Sin embargo, se puede afirmar que el carbón activado es altamente efectivo reteniendo compuestos de origen orgánico mientras que la eficacia ante compuestos inorgánicos dependerá en cada caso.

Cualquier sustancia orgánica es susceptible de convertirse en carbón. El termino carbón vegetal agrupa a maderas, cascaras o otros compuestos de origen vegetal que hayan sido carbonizados. Para que un carbón vegetal se considere carbón activado tendrá que someterse a un proceso de restructuración de sus átomos que le confiera una estructura altamente porosa.

El carbón activado es un material completamente inocuo que se utiliza incluso en casos de envenenamiento, gracias a su capacidad para adsorber las toxinas que entran en el organismo.