ES2356765A1 - Process to obtain an adsorbent from a material for disposal and use of the adsorbent (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
Proceso para obtener un adsorbente a partir de un material de desecho y uso del adsorbente.Process to obtain an adsorbent from a waste material and use of the adsorbent.
El presente invento se refiere a un material adsorbente para ser utilizado en columnas, usado para la purificación de agua residual, específicamente, el presente invento se refiere a una masa de partículas sin carbonizar y carbonizadas después de su pre-activación, de semilla de aguacate, que, cuando empacados en una columna o puestos en un sistema batch, son capaces de purificar agua residual.The present invention relates to a material adsorbent to be used in columns, used for wastewater purification, specifically, the present invention refers to a mass of uncarbonized and carbonized particles after its pre-activation, seed of avocado, which, when packed in a column or placed in a Batch system, are able to purify wastewater.
El agua residual contiene en la mayoría de los casos contaminantes orgánicos e inorgánicos que producen olor, sabor, color y espuma. Muchos de los contaminantes son resistentes a la degradación por métodos biológicos y no pueden ser eliminados por métodos convencionales de tratamiento como son la coagulación, sedimentación y filtración.Wastewater contains in most of the organic and inorganic polluting cases that produce odor, flavor, color and foam. Many of the contaminants are resistant to degradation by biological methods and cannot be eliminated by conventional methods of treatment such as coagulation, sedimentation and filtration.
La adsorción es un método eficiente para la eliminación de contaminantes orgánicos e inorgánicos y el adsorbente más usual es el carbón activado. El proceso se realiza comúnmente en un sistema estático, agregando el carbón a un tanque que contiene el agua residual, agitando un tiempo determinado, dejando sedimentar el sólido y extrayendo el agua tratada. El carbón activado adsorbe eficientemente el 80% de las sustancias tóxicas reconocidas por la Unión Europea (EUR-Lex-31976L0464) y una de sus mayores aplicaciones, ya sea en forma granular o en polvo, es el tratamiento de agua residual.Adsorption is an efficient method for removal of organic and inorganic contaminants and adsorbent more usual is activated carbon. The process is commonly performed in a static system, adding coal to a tank that contains the wastewater, stirring for a certain time, allowing the solid and extracting the treated water. Activated carbon adsorbs efficiently 80% of the toxic substances recognized by the European Union (EUR-Lex-31976L0464) and one of its biggest applications, either in granular form or in dust, is the treatment of wastewater.
La materia prima empleada para la preparación de carbón activado frecuentemente es madera, aserrín, carbón mineral y hueso. Otros precursores naturales pueden ser la cáscara de coco (I. Ali, V.K. Gupta, Encyclopedia of Surface and Colloid Science, 2^{nd} Edition, Taylor & Francis, New York, (2006) 149), huesos de frutos (G. Annadurai y otros, J. Hazard. Mater. B92 (2002) 263, M.P. Elizalde-González, Trends Chem. Eng. 10 (2006) 55) y el fango (A. Méndez y otros, Chem. Eng. J., 108 (2005) 169) . Muchos materiales naturales pueden ser carbonizados y las propiedades finales, tales como la dureza del carbón activado dependen en gran medida de la materia prima. La demanda mundial presenta una tendencia ascendente debido al aumento de legislaciones sanitarias y al desarrollo de plantas de tratamiento emergentes (The Economics of Activated Carbon, 8th edition, 2008).The raw material used for the preparation of Activated carbon is often wood, sawdust, coal and bone. Other natural precursors may be coconut shell (I. Ali, V.K. Gupta, Encyclopedia of Surface and Colloid Science, 2nd Edition, Taylor & Francis, New York, (2006) 149), Fruit bones (G. Annadurai et al., J. Hazard. Mater. B92 (2002) 263, M.P. Elizalde-González, Trends Chem. Eng. 10 (2006) 55) and mud (A. Méndez et al., Chem. Eng. J., 108 (2005) 169). Many natural materials can be carbonized and final properties, such as the hardness of activated carbon depend heavily on the raw material. World demand It presents an upward trend due to the increase in legislation and development of emerging treatment plants (The Economics of Activated Carbon, 8th edition, 2008).
La carbonización y la pirólisis de materiales naturales son consideradas métodos físicos o térmicos de activación, mientras que para la activación química comúnmente se usan sustancias, tales como H_{3}PO_{4}, NaOH y ZnCl_{2}. La activación química es generalmente un paso posterior a la carbonización y el tratamiento preliminar de la materia prima con sustancias químicas puede considerarse como pre-activación.Carbonization and pyrolysis of materials natural are considered physical or thermal methods of activation, while for chemical activation they are commonly used substances, such as H 3 PO 4, NaOH and ZnCl 2. The chemical activation is generally a later step to the carbonization and preliminary treatment of the raw material with chemical substances can be considered as pre-activation
La semilla de diferentes variedades de aguacate está compuesta fundamentalmente de almidón, proteína, fibra, azúcares (L.S. Weatherby y otros, J. Ind. Eng. Chem. 23 (1931) 1421-3) y de las enzimas catalasa y oxidasa (L.S. Malowan, Enzymologia 5 (193 8) 89-94). De ella se han aislado proantocianidinas (T.A. Geissman y otros, Phytochemistry 4 (1965) 359-68; D. Jaques y otros, J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1, 23 (1974) 2663-71), alcoholes polihídricos (N. Richtmyer, Carbohyd. Res. 12 (1970) 135-8), auxinas (M. Nunez y otros, Ciencias, Serie 3: Química 18 (1974) 1-14) y compuestos fenólicos (D.L. Ichimaru y otros, Coletaza Instituto Tec. Alim. 12 (1982) 67-83).The seed of different varieties of avocado It is mainly composed of starch, protein, fiber, sugars (L.S. Weatherby et al., J. Ind. Eng. Chem. 23 (1931) 1421-3) and catalase and oxidase enzymes (L.S. Malowan, Enzymologia 5 (193 8) 89-94). Of her have isolated proanthocyanidins (T.A. Geissman et al., Phytochemistry 4 (1965) 359-68; D. Jaques et al., J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1, 23 (1974) 2663-71), alcohols polyhydrics (N. Richtmyer, Carbohyd. Res. 12 (1970) 135-8), auxins (M. Nunez et al., Sciences, Series 3: Chemistry 18 (1974) 1-14) and phenolic compounds (D.L. Ichimaru et al., Coletaza Instituto Tec. Alim. 12 (1982) 67-83).
El aceite extraído de algunas semillas de aguacate tiene componentes únicos no presentes en el aceite extraído de su pulpa (M.J. Werman y otros, J. Am. Oil Chem. Soc. 73 (1996) 665-667; C.D. Daulatabad y otros, J. Oil Technol. Assoc. India 30 (1998) 71-2) y puede estar presente en cosméticos (patente JP 2001151636 y solicitud de patente en México No. PA/a/2003/004831), y en componentes terapéuticos (Patente Británica No. GB 1 14 804) . En cuanto a sus componentes terapéuticos, se han estudiado sus propiedades antioxidantes (S.G. Lee y otros, Han'guk Sikp'um Yongyang Kwahak Hoechi 37 (2008) 269-275; M. Hirasawa y otros, Nipón Shokuhin Kagaku Kaishi 55 (2008) 95-101), su actividad antibiótica (H. Valeri y otros, Rev. Med. Veter. Parasit. 12 (1953) 131-65), su actividad hematoaglutinante (Y. Yaakobovich y otros, Arch. Toxicol. 6 (1983) 52-7) y su actividad inhibitoria de la lisil oxidasa (M.J. Werman y otros, J. Agric. Food Chem. 38 (1990) 2164-8; M.J. Werman y otros, Conn. Tissue Res. 26 (1991) 1-10; G. Rosenblat y otros, J. Am. Oil Chem. Soc. 72 (1995) 225-9). Este aceite también ha servido para estudiar el metabolismo hepático en ratas (M.J. Werman y otros, Food Chem. Toxicol. 27 (1989) 279-82; M.J. Werman y otros, Food Chem. Toxicol. 29 (1991) 93-9).The oil extracted from some seeds of Avocado has unique components not present in the extracted oil of its pulp (M.J. Werman et al., J. Am. Oil Chem. Soc. 73 (1996) 665-667; CD. Daulatabad et al., J. Oil Technol. Assoc. India 30 (1998) 71-2) and may be present in cosmetics (JP 2001151636 and patent application in Mexico No. PA / a / 2003/004831), and in therapeutic components (Patent British No. GB 1 14 804). As for its components therapeutic, its antioxidant properties have been studied (S.G. Lee and others, Han'guk Sikp'um Yongyang Kwahak Hoechi 37 (2008) 269-275; M. Hirasawa and others, Japan Shokuhin Kagaku Kaishi 55 (2008) 95-101), its antibiotic activity (H. Valeri et al., Rev. Med. Veter. Parasit. 12 (1953) 131-65), its haemagglutinating activity (Y. Yaakobovich et al., Arch. Toxicol. 6 (1983) 52-7) and its lysyl oxidase inhibitory activity (M.J. Werman et al., J. Agric. Food Chem. 38 (1990) 2164-8; M.J. Werman and others, Conn. Tissue Res. 26 (1991) 1-10; G. Rosenblat et al., J. Am. Oil Chem. Soc. 72 (1995) 225-9). This oil has also served to study hepatic metabolism in rats (M.J. Werman et al., Food Chem. Toxicol 27 (1989) 279-82; M.J. Werman and others, Food Chem. Toxicol. 29 (1991) 93-9).
Dentro de las aplicaciones dadas a los residuos de aguacate se reporta la preparación de carbón a partir de la cáscara de aguacate (R. Devi y otros, Biores. Technol. 99 (2008) 1853-1860), donde bajo las condiciones óptimas de operación en sistemas estáticos se obtiene un 99% de reducción, tanto de la demanda química de oxígeno (DQO), como de la demanda biológica de oxígeno de agua residual de una planta procesadora de café. Carbón obtenido del hueso de aguacate por activación química con H_{3}PO_{4} a 800ºC en flujo de nitrógeno (M.P. Elizalde-González y otros, J Anal. Appl. Pyr. 78 (2007) 185-93) fue empleado para estudiar la adsorción (el porcentaje de eliminación que se indica en paréntesis) de los siguientes colorantes textiles en agua desionizada con concentraciones 400 mg/l: violeta básico 16 (99%), azul básico (99%), azul ácido 74 (80%), verde ácido 25 (75%) y negro reactivo 5 (40%).Within the applications given to waste of avocado the preparation of coal is reported from the Avocado Peel (R. Devi et al., Biores. Technol. 99 (2008) 1853-1860), where under the optimal conditions of operation in static systems you get a 99% reduction, both the chemical oxygen demand (COD) and the demand Biological wastewater oxygen from a processing plant coffee. Coal obtained from avocado bone by chemical activation with H 3 PO 4 at 800 ° C under nitrogen flow (M.P. Elizalde-González et al., J Anal. Appl. Pyr. 78 (2007) 185-93) was employed to study the adsorption (the percentage of elimination indicated in parentheses) of the following textile dyes in deionized water with concentrations 400 mg / l: basic violet 16 (99%), basic blue (99%), acid blue 74 (80%), acid green 25 (75%) and reactive black 5 (40%)
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Por lo tanto, es un objeto de la presente invención el elaborar un adsorbente orgánico, regenerable y ecológico para su uso en columnas para el tratamiento de aguas residuales.Therefore, it is an object of the present invention to produce an organic adsorbent, regenerable and Ecological for use in columns for water treatment residual
La presente invención corresponde a las técnicas de eliminación de impurezas orgánicas e inorgánicas del agua residual.The present invention corresponds to the techniques of removal of organic and inorganic impurities from water residual.
En el presente, se da a conocer un procedimiento de obtención de adsorbente a partir de un material natural de desecho, su preparación y su uso para empacar columnas o cargar cubas batch empleadas en la eliminación de contaminantes presentes en agua residual. Las partículas del adsorbente tienen forma irregular y un tamaño variable para rellenar columnas de diferente diámetro y longitud. El adsorbente tiene la dureza suficiente para evitar que las partículas se colapsen. El material no se pudre, es regenerable y ecológico. En la presente invención se describe la preparación del adsorbente, su pre-activación, carbonización y aplicación para la eliminación del color y contaminantes en agua residual textil.At present, a procedure is disclosed for obtaining adsorbent from a natural material of waste, its preparation and its use to pack columns or load batch tanks used in the removal of contaminants present in wastewater Adsorbent particles are shaped irregular and a variable size to fill columns of different diameter and length The adsorbent is hard enough to prevent particles from collapsing. The material does not rot, it is Regenerable and ecological. In the present invention the preparation of the adsorbent, its pre-activation, carbonization and application for color removal and Contaminants in textile wastewater.
La eliminación del color de agua residual textil, así como la disminución del contenido de sales, de sólidos totales suspendidos, contaminantes, de la demanda química de oxígeno (DQO) y del carbono orgánico total (TOC), se realiza haciendo pasar el agua residual textil por una columna de vidrio rellena con el adsorbente preparado. Alternativamente, lo anterior puede ser hecho en un sistema batch.Wastewater color removal textile, as well as the decrease of the content of salts, of solids Suspended totals, contaminants, of chemical oxygen demand (COD) and total organic carbon (TOC), is done by passing textile wastewater by a glass column filled with the prepared adsorbent. Alternatively, the above can be done in a batch system.
La materia prima para la producción del adsorbente, son partículas de forma irregular obtenidas a partir de semillas de aguacate de la especie Persea americana Mill, y más preferentemente de la variedad Hass.The raw material for the production of the adsorbent, are irregularly shaped particles obtained from avocado seeds of the Persea americana Mill species, and more preferably of the Hass variety.
El fruto usualmente se corta transversalmente para el consumo de su pulpa, y la semilla, conocida como "hueso", se separa de la pulpa y cáscara, y se deja secar a temperatura ambiente. Se corta dicha semilla, preferentemente con un escalpelo en varias partes de tamaño grande y se ponen a secar dichas partes. Se trituran las partes, preferentemente con un molino de aspas con un tamiz. Se colectan las partes trituradas y se tamiza para seleccionar el tamaño de partícula de la fracción de mayor abundancia.The fruit is usually cut transversely for the consumption of its pulp, and the seed, known as "bone" is separated from the pulp and shell, and allowed to dry room temperature. Said seed is cut, preferably with a scalpel it into several large parts and start to dry those parts. The parts are crushed, preferably with a mill of blades with a sieve. The crushed parts are collected and sieved to select the particle size of the fraction of greatest abundance.
Para la pre-activación, las partículas recolectadas después del tamiz, se colocan en un recipiente y se agrega disolución de hidróxido de sodio (NaOH 2N) y se agita la mezcla. Se agrega agua, se vuelve a agitar la mezcla; posteriormente se deja reposar la mezcla. Posteriormente, se decanta la mezcla. Acto seguido, se lava con agua agitando y decantando repetidamente la mezcla.For pre-activation, the particles collected after the sieve, are placed in a vessel and sodium hydroxide solution (2N NaOH) is added and The mixture is stirred. Water is added, the mixture is stirred again; the mixture is then allowed to stand. Subsequently, he opts mix. Then, wash with water while stirring and decanting Repeatedly mix.
Las partículas se filtran y se transvasan a un nuevo recipiente en donde se agrega disolución de cloruro de hidrógeno (HCl 2N) formando una nueva mezcla. Se agita la nueva mezcla, se le agrega agua, se agita nuevamente la mezcla; posteriormente se deja reposar la nueva mezcla. Se decanta la nueva mezcla. Posteriormente se lava con agua agitando y decantando repetidamente la nueva mezcla. Las partículas de la nueva mezcla se decantan, filtran y el material de partículas extraído de dicha filtración se seca a temperatura ambiente.The particles are filtered and transferred to a new container where chloride solution is added hydrogen (2N HCl) forming a new mixture. The new one is shaken mixture, water is added, the mixture is stirred again; the new mixture is then allowed to stand. The new one is decanted mixture. It is subsequently washed with water while stirring and decanting. repeatedly the new mixture. The particles of the new mixture are decant, filter and the particulate material extracted from said Filtration is dried at room temperature.
Una masa del material de partículas pre-activadas se introduce en un horno para su carbonización.A mass of particle material pre-activated is introduced into an oven for carbonization.
Las partículas pre-activadas carbonizadas de la semilla de aguacate, son empacadas en una columna en donde se hace pasar agua residual. Las partículas pre-activadas carbonizadas son capaces de decolorar el agua residual, así como eliminar compuestos orgánicos, inorgánicos, iónicos, poliméricos, sales y surfactantes disueltos en dicha agua residual.Pre-activated particles charred from the avocado seed, they are packed in a column where wastewater is passed. The particles pre-activated carbonized are able to discolor wastewater, as well as eliminating organic compounds, inorganic, ionic, polymeric, salts and surfactants dissolved in said residual water.
Las características particulares y ventajas de la invención, así como otros objetos de la invención, serán aparentes de la siguiente descripción, tomada en conexión con las figuras acompañantes, las cuales:The particular characteristics and advantages of the invention, as well as other objects of the invention, will be apparent from the following description, taken in connection with the accompanying figures, which:
La figura 1 es una gráfica que muestra la curva acumulativa (\blacksquare) y diferencial (\medcirc) de distribución del tamaño de partícula del material obtenido después de la molienda de un lote de huesos de aguacate.Figure 1 is a graph showing the curve cumulative (\ blacksquare) and differential (\ medcirc) of particle size distribution of the material obtained after of grinding a batch of avocado bones.
La figura 2 es un espectro que muestra la disminución de coloración de la muestra "M1" de agua residual textil en dos fracciones sucesivas en forma descendente por la columna empacada con la materia prima.Figure 2 is a spectrum showing the decrease in color of the sample "M1" of wastewater textile in two successive fractions in descending form by the column packed with the raw material.
La figura 3 es una fotografía de una vista detallada del material carbonizado.Figure 3 is a photograph of a view Detailed carbonized material.
La figura 4 es una gráfica que muestra la cinética de decoloración a 275 nm y 560 nm del agua residual textil "M5" en sistema estático.Figure 4 is a graph showing the decolorization kinetics at 275 nm and 560 nm of textile wastewater "M5" in static system.
La figura 5 es una gráfica que muestra la isoterma de adsorción a 25ºC de los compuestos coloreados (560 nm) contenidos en el agua residual "M5" por el carbón en sistema estático.Figure 5 is a graph showing the adsorption isotherm at 25 ° C of the colored compounds (560 nm) contained in the wastewater "M5" by coal in system static.
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La figura 6 es una fotografía de una muestra de agua residual textil "M5" antes y después del tratamiento con las partículas pre-activadas carbonizadas del presente invento.Figure 6 is a photograph of a sample of textile wastewater "M5" before and after treatment with the carbonized pre-activated particles of present invention
La figura 7 es una fotografía del aspecto de fracciones sucesivas eluidas por la columna con las partículas pre-activadas carbonizadas.Figure 7 is a photograph of the appearance of successive fractions eluted by the column with the particles carbonized pre-activated.
La materia prima para la producción del adsorbente, son partículas de forma irregular obtenidas a partir de semillas de aguacate de la especie Persea americana Mill, y más preferentemente de la variedad Hass. Específicamente, la materia preferible para la producción de adsorbente es el embrión de la semilla de aguacate de la variedad Hass, en donde la materia para la producción cuenta con una superficie específica aproximada de \sim 1 m^{2}/g (medida por el método BET de adsorción de nitrógeno), una porosidad de entre aproximadamente 43 a 56%, preferiblemente entre aproximadamente 51 a 53% y tiene una densidad en un rango aproximado de entre 0,3 7 a 0,4 g/cm^{3}, y más preferentemente entre 0,3 9 a 0,4 g/cm^{3}.The raw material for the production of the adsorbent, are irregularly shaped particles obtained from avocado seeds of the Persea americana Mill species, and more preferably of the Hass variety. Specifically, the preferable matter for the production of adsorbent is the Hass avocado seed embryo, where the material for production has an approximate specific surface area of ~ 1 m 2 / g (measured by the BET method of nitrogen adsorption), a porosity of between about 43 to 56%, preferably between about 51 to 53% and has a density in an approximate range of between 0.3 7 to 0.4 g / cm 3 , and more preferably between 0.3 9 to 0.4 g / cm 3.
La materia prima es adecuada para la preparación de carbón activado con una superficie específica aproximada de entre 100 a 600 m^{2}/g, y más preferentemente entre 200 a 500 m^{2}/g, y densidad de entre 0,2 a 0,3 g/cm^{3}, y más preferentemente entre 0,240 a 0,280 g/cm^{3}. La invención proporciona un sólido adsorbente capaz de decolorar y de eliminar metales, compuestos orgánicos, inorgánicos, iónicos, poliméricos, sales y surfactantes, disueltos en agua residual textil empleando el material obtenido por el método a continuación descrito, a partir de material de desecho.The raw material is suitable for preparation of activated carbon with a specific surface area between 100 to 600 m2 / g, and more preferably between 200 to 500 m 2 / g, and density between 0.2 to 0.3 g / cm 3, and more preferably between 0.240 to 0.280 g / cm3. The invention provides a solid adsorbent capable of bleaching and removing metals, organic, inorganic, ionic, polymeric compounds, salts and surfactants, dissolved in textile wastewater using the material obtained by the method described below, from waste material.
La semilla del fruto, conocida como "hueso", se separa de la pulpa y la cáscara, se recolecta y se deja secar a temperatura ambiente. Se corta dicha semilla, preferentemente con un escalpelo en varias partes de tamaño grande y nuevamente se ponen a secar dichas partes de tamaño grande. Se trituran las partes de tamaño grande, preferentemente con un molino de aspas con un tamiz para generar partículas. Se colectan las partículas y se tamizan dichas partículas para seleccionar el tamaño de partícula de la fracción de mayor abundancia. Es preferente que el tamaño de partícula sea menor o igual a 2 mm, más preferentemente en un rango de 0,3 a 1,5 mm, y aún más preferente entre 0,5 a 0,8 mm, tal como se observa en la figura 1.The seed of the fruit, known as "bone", separates from the pulp and the shell, is collected and Let dry at room temperature. The seed is cut, preferably with a scalpel in several large parts and again these large parts are dried. Be crush the large parts, preferably with a mill of blades with a sieve to generate particles. The particles and said particles are screened to select the size of particle of the fraction of greater abundance. It is preferred that the particle size is less than or equal to 2 mm, more preferably in a range of 0.3 to 1.5 mm, and even more preferred between 0.5 to 0.8 mm, as seen in figure 1.
Específicamente, en dicha figura 1 se observa la curva cumulativa con marcadores cuadrados (\blacksquare), así como la curva diferencial con marcadores circulares (\medcirc), en donde dichos marcadores muestran la distribución del tamaño de partícula del material obtenido después de la molienda de un lote de semillas de aguacate. Específicamente en dicha figura se observan los puntos preferenciales del tamaño de partícula.Specifically, in said figure 1 the cumulative curve with square markers (\ blacksquare), as well as the differential curve with circular markers (\ medcirc), in where said markers show the size distribution of particle of the material obtained after grinding a batch of avocado seeds Specifically in this figure they are observed the preferential points of the particle size.
Después del paso de trituración de la semilla de aguacate para generar partículas, se procede a pre-activar dichas partículas.After the crushing step of the seed of avocado to generate particles, proceed to Pre-activate said particles.
Para la pre-activación, las partículas recolectadas después del tamiz se colocan en un recipiente y se agrega disolución de hidróxido de sodio (NaOH 2N) y se agita. La relación en peso entre el NaOH y las partículas es de aproximadamente 0,25 kg/l. Las partículas son reposadas en la solución de NaOH. Posteriormente se agrega agua, se vuelve a agitar y se deja reposar la mezcla. Posteriormente, se decanta la mezcla. Acto seguido, se lavan los residuos con agua, agitando y decantando dichos residuos repetidamente. Preferentemente se decanta la mezcla con agua al menos dos veces. Preferentemente, la relación en peso entre el agua y las partículas para el lavado es de aproximadamente 0,25 kg/l.For pre-activation, the particles collected after the sieve are placed in a vessel and sodium hydroxide solution (2N NaOH) is added and it shakes. The weight ratio between NaOH and particles is approximately 0.25 kg / l. The particles are rested in the NaOH solution Then water is added, it is stirred again and let the mixture stand. Subsequently, the mixture is decanted. Then, the waste is washed with water, stirring and decanting said waste repeatedly. The mixture is preferably decanted with water at least twice. Preferably, the weight ratio between water and particles for washing is approximately 0.25 kg / l.
Las partículas se filtran y se transvasan a un nuevo recipiente en donde se agrega disolución de cloruro de hidrógeno (HCl 2N) formando una nueva mezcla, que permitirá neutralizar a la pre-activación de las partículas. La relación entre el HCl y las partículas es de aproximadamente 0,25 kg/l. Se agita la nueva mezcla, se le agrega agua, se agita nuevamente; posteriormente se deja reposar la nueva mezcla. Se decanta la nueva mezcla. Posteriormente, los residuos de la nueva mezcla se lavan con agua agitando y decantando repetidamente dichos residuos de la nueva mezcla. Preferentemente se decanta la mezcla con agua al menos dos veces. Preferentemente, la relación en peso entre el agua y las partículas para el lavado es de aproximadamente 0,25 kg/l. Las partículas de la nueva mezcla se decantan, filtran y el material de partículas extraído de dicha filtración se deja secar a temperatura ambiente.The particles are filtered and transferred to a new container where chloride solution is added hydrogen (2N HCl) forming a new mixture, which will allow neutralize the pre-activation of the particles. The ratio between HCl and particles is approximately 0.25 kg / l The new mixture is stirred, water is added, it is stirred again; the new mixture is then allowed to stand. Be decant the new mixture. Subsequently, the waste of the new mixture are washed with water while stirring and decanting repeatedly waste of the new mixture. The mixture is preferably decanted with water at least twice. Preferably, the weight ratio between water and particles for washing is approximately 0.25 kg / l. The particles of the new mixture are decanted, filtered and the particulate material extracted from said filtration is allowed to dry at room temperature.
Una masa del material de partículas pre-activadas se introduce en un horno para su carbonización. El horno puede ser, sin estar limitado a, un tipo de horno tubular de tubo concéntrico cerámica-cuarzo, con temperaturas de operación máximas de 1200ºC. El proceso de carbonización se lleva a cabo en dos distintas temperaturas, de acuerdo al comportamiento térmico de la materia prima. En la primera temperatura se lleva a cabo un secado de la materia prima pre-activada durante un tiempo aproximado de entre 45 a 75 minutos, más preferentemente entre 55 a 70 minutos, a una temperatura aproximada entre 150 a 250ºC, más preferentemente a una temperatura aproximada entre 185 a 235ºC, elevando la temperatura del ambiente a una velocidad aproximada de entre 6 a 12ºC/min, y más preferentemente entre 8 a 11ºC/min. En la segunda temperatura se lleva a cabo la carbonización de la materia prima pre-activada y secada, durante un tiempo aproximado similar al de la primera temperatura, a una temperatura aproximada entre 600 a 1200ºC, más preferentemente a una temperatura aproximada entre 700 a 1100ºC, elevando la temperatura del ambiente a una velocidad aproximada de entre 3 a 7ºC/min y más preferente entre 4 a 6ºC/min.A mass of particle material pre-activated is introduced into an oven for carbonization. The oven can be, without being limited to, a type of ceramic-quartz concentric tube tubular furnace, with maximum operating temperatures of 1200ºC. The process of Carbonization is carried out at two different temperatures, from according to the thermal behavior of the raw material. In the first temperature is carried out a drying of the raw material pre-activated for an approximate time between 45 to 75 minutes, more preferably between 55 to 70 minutes, at a approximate temperature between 150 to 250 ° C, more preferably at a approximate temperature between 185 to 235ºC, raising the temperature from the environment at an approximate speed of between 6 to 12ºC / min, and more preferably between 8 to 11 ° C / min. In the second temperature it carries out the carbonization of the raw material pre-activated and dried, for an approximate time similar to that of the first temperature, at an approximate temperature between 600 to 1200 ° C, more preferably at an approximate temperature between 700 to 1100ºC, raising the ambient temperature to a approximate speed between 3 to 7ºC / min and more preferably between 4 to 6ºC / min.
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Las partículas pre-activadas carbonizadas de la semilla de aguacate, son empacadas en una columna en donde se hace pasar agua residual. Las partículas pre-activadas carbonizadas son capaces, de decolorar el agua residual, así como, en vista de su microporosidad, adsorber y consecuentemente eliminar compuestos orgánicos, inorgánicos, iónicos, poliméricos, sales y surfactantes disueltos en dicha agua residual.Pre-activated particles charred from the avocado seed, they are packed in a column where wastewater is passed. The particles pre-activated carbonized are capable of discolor wastewater, as well as, in view of its microporosity, adsorb and consequently eliminate organic compounds, inorganic, ionic, polymeric, salts and surfactants dissolved in said residual water.
La materia prima, las partículas pre-activadas y el carbón activado obtenido a partir de la materia prima pre-activada tienen las características que se presentan en la Tabla 1.The raw material, the particles pre-activated and activated carbon obtained from of the pre-activated raw material have the characteristics presented in Table 1.
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Las partículas tienen forma irregular y un tamaño variable para rellenar columnas de diferente diámetro y longitud. El adsorbente tiene la dureza suficiente para evitar que las partículas se colapsen.The particles are irregularly shaped and a variable size to fill columns of different diameter and length. The adsorbent is hard enough to prevent The particles collapse.
Habiendo descrito el proceso por el cual las partículas pre-activadas carbonizadas y las partículas pre-activadas son hechas, se procede con los ejemplos de uso y comparación.Having described the process by which carbonized pre-activated particles and the pre-activated particles are made, proceed with The examples of use and comparison.
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Una columna con una longitud de 240 mm, diámetro interno de 9 mm y volumen de empacado de 15 cm^{3}, se rellena con materia prima seca sin pre-activación, en donde el agua residual se administra en un régimen dinámico ascendente con tiempo de residencia en la columna de 60 minutos. Las pruebas realizadas con 4 muestras (M2, M3, M4 y M5) de agua residual de una industria textil local, recolectadas en diferentes días a las 19:00 horas de la misma cisterna arrojaron los siguientes valores de máxima decoloración a 560 nm tal como se muestra en la Tabla 2.A column with a length of 240 mm, diameter 9 mm internal and 15 cm3 packing volume, filled with dry raw material without pre-activation, where the wastewater is administered in an ascending dynamic regime with residence time in the column of 60 minutes. Tests made with 4 samples (M2, M3, M4 and M5) of wastewater from one local textile industry, collected on different days at 7:00 p.m. hours of the same tank threw the following values of maximum discoloration at 560 nm as shown in Table 2.
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Una columna con una longitud de 300 mm, un diámetro interno de 10 mm, y un volumen empacado de 24 cm^{3}, se rellena con materia prima húmeda sin pre-activación. Las pruebas realizadas con flujo descendente de la muestra "M1" de agua residual de una industria textil local no produjeron variación de los valores de pH y conductividad, sin embargo disminuyeron el 80% de la demanda química de oxígeno (DQO) y el 90% del carbono orgánico total (TOC por sus siglas en inglés) tal como se muestra en la Tabla 3. En la región visible del espectro electromagnético se logró un 64% de decoloración (560 nm) y 47% de de disminución de la banda a 33 0 nm como se observa en la Figura 2.A column with a length of 300 mm, a internal diameter of 10 mm, and a packed volume of 24 cm3, is filled with wet raw material without pre-activation. The tests performed with downward flow of the sample "M1" of wastewater from a local textile industry does not produced variation of pH and conductivity values, without However, 80% of the chemical oxygen demand (COD) decreased and 90% of total organic carbon (TOC) such as shown in Table 3. In the visible region of the spectrum electromagnetic 64% fading (560 nm) and 47% of of decrease of the band at 33 0 nm as shown in Figure 2.
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Una columna con una longitud de 240 mm, un diámetro interno de 9 mm, y un volumen de empacado de 15 cm^{3}, se rellena con materia prima húmeda sin pre- activación, y se hace pasar agua residual por la columna en un régimen dinámico ascendente con un tiempo de residencia de dicha agua en la columna de 72 minutos. Las pruebas realizadas con la muestra "M4" de agua residual filtrada previamente disminuyeron el 50% de la coloración a 560 nm.A column with a length of 240 mm, a internal diameter of 9 mm, and a packing volume of 15 cm3, it is filled with wet raw material without pre-activation, and it is made pass residual water through the column in an ascending dynamic regime with a residence time of said water in the column of 72 minutes The tests performed with the sample "M4" of water previously filtered residuals decreased 50% of the coloration to 560 nm
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La materia prima (6 g) con tamaño de partícula 0,5 mm se empaca como suspensión en metanol en una columna de longitud 24 cm y diámetro interno 0,9 cm. A continuación se pasan con flujo ascendente 50 ml de agua residual textil M4 con una velocidad de flujo de 0,11 ml/min. En la fracción correspondiente a 7 ml eluidos, la banda a 271 nm disminuye 75%, la banda a 351 nm decrece 40% y la banda a 565 nm se reduce 60%.The raw material (6 g) with particle size 0.5 mm is packed as a suspension in methanol in a column of length 24 cm and internal diameter 0.9 cm. Then they pass with upstream 50 ml of M4 textile wastewater with a flow rate of 0.11 ml / min. In the fraction corresponding to 7 ml eluted, the band at 271 nm decreases 75%, the band at 351 nm 40% decreases and the band at 565 nm is reduced 60%.
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Si la muestra M4 es filtrada previamente, en condiciones idénticas de elución, en la fracción correspondiente a 40 ml eluidos, la disminución de las bandas es de 40% con respecto a la muestra M4 filtrada.If the sample M4 is previously filtered, in identical conditions of elution, in the fraction corresponding to 40 ml eluted, the decrease of the bands is 40% with respect to the filtered M4 sample.
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Lavando la columna con 50 ml de agua destilada, la columna empacada con materia prima puede reusarse, produciendo en condiciones idénticas de elución, la disminución de las bandas en un 50% en la fracción correspondiente a 7 ml eluidos.Washing the column with 50 ml of distilled water, the column packed with raw material can be reused, producing in identical conditions of elution, the decrease of the bands in a 50% in the fraction corresponding to 7 ml eluted.
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La materia prima empleada para la decoloración de varias muestras de agua residual fue desempacada de una columna. Posteriormente fue carbonizada a 1000ºC y usada como adsorbente con valor agregado en un sistema batch que contiene 400 mg del carbón con superficie específica de 200 m^{2}/g y 20 ml de agua que contiene 15 mg/l de Níquel y 84 mg/l de Zinc. El carbón preparado por el procedimiento descrito elimina 92% de Níquel y 99% de Zinc.The raw material used for bleaching of several samples of wastewater was unpacked from a column. It was subsequently carbonized at 1000 ° C and used as an adsorbent with added value in a batch system containing 400 mg of coal with a specific surface area of 200 m2 / g and 20 ml of water that It contains 15 mg / l Nickel and 84 mg / l Zinc. Prepared coal by the described procedure eliminates 92% of Nickel and 99% of Zinc.
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Una columna con longitud de 240 mm, un diámetro interno de 9 mm, y volumen de empacado de 13,3 cm^{3}, se rellena con el carbón pre-activado preparado conforme al método anteriormente descrito. Las pruebas realizadas con la muestra de agua residual "M5" de una industria textil local retienen el 50% de las sales contenidas en la muestra de agua residual, como lo demuestra la disminución de la conductividad de un valor de 3400 \muS hasta 1700 \muS.A column with length of 240 mm, a diameter internal of 9 mm, and packing volume of 13.3 cm3, is filled with pre-activated carbon prepared according to method described above. The tests performed with the sample of wastewater "M5" from a local textile industry retain the 50% of the salts contained in the wastewater sample, as demonstrates the decrease in conductivity of a value of 3400 µS up to 1700 µS.
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Una columna con una longitud de 240 mm, un diámetro interno de 9 mm, y un volumen de empacado de 13,3 cm^{3}, se rellena con el carbón pre-activado preparado conforme al método anteriormente descrito. Las pruebas realizadas con la muestra de agua residual "M5" de una industria textil local mostraron que la columna se satura con 30 ml eluidos. Se produjo decoloración del amarillo, rojo y azul, una disminución del DQO y del TOC y un ligero aumento del pH con un volumen eluido de 10 ml. Los resultados se muestran en la Tabla 4. El tono rojo global disminuyó como se observa en la Figura 7.A column with a length of 240 mm, a internal diameter of 9 mm, and a packing volume of 13.3 cm3, It is filled with pre-activated carbon prepared according to the method described above. The tests performed with the sample of wastewater "M5" of a textile industry Local showed that the column is saturated with 30 ml eluted. Be produced discoloration of yellow, red and blue, a decrease in COD and TOC and a slight increase in pH with an eluted volume of 10 ml. The results are shown in Table 4. The global red tone decreased as seen in Figure 7.
Las partículas de materia prima obtenidas a
partir de semillas de aguacate de la especie Persea americana
Mill, y más preferentemente de la variedad Hass se cortan,
tamizan y preactivan por el procedimiento descrito empleando
primeramente disolución de activante NaOH, seguido por disolución de
activante HCl. La relación en peso entre el NaOH y las partículas es
de aproximadamente 0,25 kg/l. La pre-activación
produce un adsorbente con 43% de rendimiento con respecto a la masa
de la materia prima, que cuenta con una superficie específica
aproximada de
\sim 1 m^{2}/g (medida por el método BET de
adsorción de nitrógeno) y una densidad de 0,506 g/cm^{3}. En un
sistema batch estático que contiene el 1,4 gramos del carbón
obtenido, se agregan 25 ml de la muestra de agua residual textil
"M3" a 25ºC. El adsorbente preparado por el procedimiento
descrito anteriormente, produce un 3 5% de pérdida de la coloración
azul a la longitud de onda de 560 nm y de 34% de la coloración verde
a 400 nm después de 3 días.The raw material particles obtained from avocado seeds of the Persea americana Mill species, and more preferably of the Hass variety are cut, sifted and pre-activated by the procedure described using first NaOH activator solution, followed by HCl activator solution. The weight ratio between NaOH and particles is approximately 0.25 kg / l. Pre-activation produces an adsorbent with 43% yield with respect to the mass of the raw material, which has a specific surface area of approximately
1 1 m 2 / g (measured by the BET nitrogen adsorption method) and a density of 0.506 g / cm 3. In a static batch system containing 1.4 grams of the carbon obtained, 25 ml of the textile wastewater sample "M3" is added at 25 ° C. The adsorbent prepared by the procedure described above, produces a 3-5% loss of the blue coloration at the wavelength of 560 nm and 34% of the green coloration at 400 nm after 3 days.
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El mismo material del ejemplo 10 produce un 54% de pérdida de la coloración azul a la longitud de onda de 560 nm y de 44% de la coloración verde a 400 nm después de 3 días.The same material from example 10 produces 54% of loss of blue coloration at the wavelength of 560 nm and 44% of the green coloration at 400 nm after 3 days.
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En un sistema estático que contiene carbón obtenido por pre-activación de la materia prima tal como se muestra en la Figura 3, se mezcla la muestra de agua residual textil "M5" a 25ºC. El carbón preparado por el procedimiento descrito anteriormente, produce un 60% de pérdida de la coloración azul después de 3 días y no reduce la absorbancia producida por compuestos aromáticos a 275 nm tal como se observa en la Figura 4.In a static system that contains coal obtained by pre-activation of the raw material such As shown in Figure 3, the water sample is mixed textile waste "M5" at 25 ° C. The coal prepared by the procedure described above, produces a 60% loss of blue coloring after 3 days and does not reduce absorbance produced by aromatic compounds at 275 nm as seen in Figure 4.
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Serie de cinco (5) sistemas batch que contienen 14 0 mg de carbón activado preparado con pre-activación y 2 ml de la muestra de agua residual textil "M5" a 25ºC con diferentes concentraciones de compuestos coloreados, obtenidas por dilución de la muestra "M5" . El carbón preparado por el procedimiento descrito anteriormente, tiene una capacidad de saturación de 1,5 mg/g (con respecto al valor inicial del TOC de 1200 mg/l) con compuestos coloreados con absorbancia a 560 nm después de 24 horas tal como se observa en la Figura 5. La muestra de agua residual textil "M5" tiene el aspecto final que se presenta en la Figura 6.Series of five (5) batch systems containing 14.0 mg of activated carbon prepared with pre-activation and 2 ml of the water sample textile waste "M5" at 25 ° C with different concentrations of colored compounds, obtained by dilution of the sample "M5". The coal prepared by the procedure described previously, it has a saturation capacity of 1.5 mg / g (with with respect to the initial TOC value of 1200 mg / l) with compounds colored with absorbance at 560 nm after 24 hours as see in Figure 5. The sample of textile wastewater "M5" It has the final appearance presented in Figure 6.
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En un sistema batch que contiene 200 mg de carbón pre-activado preparado conforme al método anteriormente descrito, se le vierte 20 ml de agua desionizada que contiene 1 mg/l del colorante básico Azul de metileno. El carbón preparado por el procedimiento descrito, produce un 6% de pérdida de la coloración azul después de 4 días, mientras que el carbón comercial empleado para comparación, elimina 22% de la coloración azul durante el mismo periodo. La materia prima empleada en la producción del carbón es material de desecho y el carbón preparado en esta invención tiene un costo reducido.In a batch system containing 200 mg of pre-activated carbon prepared according to the method previously described, 20 ml of deionized water is poured It contains 1 mg / l of the basic methylene blue dye. Charcoal prepared by the described procedure, produces a 6% loss of blue coloring after 4 days while coal Commercial used for comparison, eliminates 22% of the color blue during the same period. The raw material used in the coal production is waste material and prepared carbon In this invention it has a reduced cost.
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Un sistema batch que contiene 200 mg de carbón pre-activado preparado conforme al método anteriormente descrito, le es vertido 20 ml de agua desionizada que contiene 1 mg/l del colorante ácido Naranja Ácido 7. El carbón preparado por el procedimiento descrito produce un 23% de pérdida de la coloración naranja después de 4 días, mientras que el carbón comercial empleado para comparación elimina 90% de la coloración naranja en el mismo periodo de tiempo.A batch system containing 200 mg of coal pre-activated prepared according to the method previously described, 20 ml of deionized water is poured Contains 1 mg / l of the acid dye Orange Acid 7. Coal prepared by the described procedure produces a 23% loss of Orange coloring after 4 days, while coal Commercial used for comparison eliminates 90% of the color Orange in the same period of time.
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Un sistema batch que contiene 200 mg de carbón pre-activado preparado conforme al método anteriormente descrito, le es vertido 20 ml de agua residual textil "M3" que presenta coloración amarillo verdoso (banda a 370-400 nm) y violeta (banda a 560-575 nm). El carbón preparado por el procedimiento descrito produce un 14% de pérdida de la coloración amarillo verdoso después de 4 días y 35% de pérdida de la coloración violeta. En comparación, un carbón comercial elimina 16% de la coloración amarillo verdoso y 32% de la coloración violeta en el mismo periodo de tiempo.A batch system containing 200 mg of coal pre-activated prepared according to the method previously described, 20 ml of textile wastewater is poured "M3" presenting greenish yellow coloring (band a 370-400 nm) and violet (band a 560-575 nm). The coal prepared by the described procedure produces a 14% loss of color greenish yellow after 4 days and 35% loss of color Violet. In comparison, a commercial coal removes 16% of the greenish yellow coloration and 32% of the violet coloration in the Same period of time.
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Un sistema batch que contiene 200 mg de carbón pre-activado preparado conforme al método anteriormente descrito, se le vierte 2 0 ml de mezcla de azúcares que contiene 10 g/l de melaza y 1,6 g/l de lactosa. El carbón preparado por el procedimiento descrito produce un 20% de decoloración de la mezcla, semejante a la que produce en condiciones idénticas un carbón comercial empleado para comparación.A batch system containing 200 mg of coal pre-activated prepared according to the method previously described, 2 0 ml of sugar mixture is poured It contains 10 g / l of molasses and 1.6 g / l of lactose. Charcoal prepared by the described procedure produces 20% of discoloration of the mixture, similar to that produced in conditions identical a commercial coal used for comparison.
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Un sistema batch que contiene 400 mg de carbón pre-activado preparado conforme al método anteriormente descrito, se le vierte 20 ml de agua que contiene 35 mg/l de Níquel y 55 mg/l de Zinc. El carbón preparado por el procedimiento descrito elimina 20% de Níquel y 50% de Zinc. En condiciones idénticas un carbón comercial empleado para comparación no tuvo capacidad para eliminar estos iones metálicos.A batch system containing 400 mg of coal pre-activated prepared according to the method previously described, 20 ml of water containing 35 mg / l Nickel and 55 mg / l Zinc. The coal prepared by the described procedure eliminates 20% Nickel and 50% Zinc. In identical conditions a commercial coal used for comparison He had no ability to remove these metal ions.
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Las partículas de materia prima obtenidas a partir de semillas de aguacate de la especie Persea americana Mill, y más preferentemente de la variedad Hass se cortan, tamizan y preactivan por el procedimiento descrito empleando primeramente disolución de activante NaOH, seguido por disolución de activante HCl. La relación en peso entre el NaOH y las partículas es de aproximadamente 0,25 kg/l. La carbonización a 700ºC produce un adsorbente con 27% de rendimiento con respecto a la masa de la materia prima, que cuenta con una superficie específica aproximada de \sim 1 m^{2}/g (medida por el método BET de adsorción de nitrógeno) y una densidad de 0,244 g/cm^{3}. En un sistema batch estático que contiene el 1,4 gramos del carbón obtenido, se agregan 25 ml de la muestra de agua residual textil "M3" a 25ºC. El carbón preparado por el procedimiento descrito anteriormente, produce un 45-53% de pérdida de la coloración azul a la longitud de onda de 560 nm y de 54% de la coloración verde a 400 nm después de 3 días.The raw material particles obtained from avocado seeds of the Persea americana Mill species, and more preferably of the Hass variety are cut, sifted and pre-activated by the procedure described using first NaOH activator solution, followed by HCl activator solution. The weight ratio between NaOH and particles is approximately 0.25 kg / l. Carbonization at 700 ° C produces an adsorbent with a 27% yield with respect to the mass of the raw material, which has a specific surface area of approximately 1 1 m 2 / g (measured by the BET nitrogen adsorption method ) and a density of 0.244 g / cm3. In a static batch system containing 1.4 grams of the carbon obtained, 25 ml of the textile wastewater sample "M3" is added at 25 ° C. The carbon prepared by the procedure described above, produces a 45-53% loss of the blue coloration at the wavelength of 560 nm and 54% of the green coloration at 400 nm after 3 days.
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El mismo material del ejemplo 19 produce un 23-26% de pérdida de la coloración azul a la longitud de onda de 560 nm y de 31% de la coloración verde a 400 nm después de 3 días.The same material as in Example 19 produces a 23-26% loss of blue color at wavelength of 560 nm and 31% of the green coloration at 400 nm after 3 days
Debe hacerse notar que existen formas alternativas para implementar la presente invención. De acuerdo con lo anterior, las presentes modalidades y ejemplos son para considerarse como ilustrativos y no restrictivos, y la invención no debe limitarse a los detalles dados en la presente, sino puede modificarse dentro del alcance y equivalentes de cualquier reivindicación(es) emitidas a partir de la presente.It should be noted that there are ways alternatives to implement the present invention. In accordance with the above, the present modalities and examples are for considered as illustrative and not restrictive, and the invention does not should be limited to the details given herein, but may be modified within the scope and equivalents of any claim (s) issued herein.
Claims (20)
- i.i.
- agregar hidróxido de sodio (NaOH) a dichas partículas formando una mezcla primaria;add sodium hydroxide (NaOH) to said particles forming a primary mixture;
- ii.ii.
- decantar dicha mezcla primaria dejando residuos primarios;decant said primary mixture leaving primary waste;
- iii.iii.
- agregar cloruro de hidrógeno (HCl) a dichos residuos primarios formando una mezcla secundaria;add hydrogen chloride (HCl) to said primary residues forming a secondary mixture;
- iv.iv.
- decantar y filtrar a dicha mezcla secundaria dejando residuos secundarios.decant and filter said mixture secondary leaving secondary waste.
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Non-Patent Citations (3)
Title |
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DEVI, R. et al. "COD and BOD reduction from coffee processing wastewater using Avocado peel carbon". Bioresource Technology. 99 (2008) 1853-1860. * |
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