Desarrollo de sorbentes regenerables de mercurio a partir de materiales de carbono

Abstract

El mercurio y sus compuestos son especies con una importante contribución a la contaminación ambiental, como consecuencia de su toxicidad, su tendencia a acumularse en los organismos vivos y otros inconvenientes, entre los que se encuentra su alta volatilidad, que dificultan su reducción y control. La emisión de especies de mercurio al medio ambiente se produce, fundamentalmente, como consecuencia de la actividad humana. Concretamente, la combustión de carbón en centrales térmicas es la principal fuente de emisión antropogénica. A pesar de que existen diversas tecnologías para reducir estas emisiones, siendo la inyección de sorbentes en la corriente gaseosa conteniendo mercurio una de las más destacadas, ninguna ha logrado hasta el momento una reducción suficientemente eficaz, sobre todo del mercurio en su estado elemental, que es la especie más difícil de controlar. En este trabajo, se propuso como objetivo el desarrollo de materiales capaces de retener el Hg0 en fase gas existente en atmósferas de combustión, con el fin de ser utilizados en las centrales térmicas a fin de ciclo. Para ello, se prepararon sorbentes cuya capacidad de retención se basaba en la impregnación de un material con oro, capaz de capturar Hg0 por medio de la formación de la correspondiente amalgama. Esta alternativa no sólo tendría como ventaja una gran eficacia en el proceso de retención, sino que supondría la posibilidad de regenerar el sorbente, de tal manera que podría ser utilizado durante un amplio número de ciclos hasta agotar su vida útil. En ese momento, se procedería a la recuperación del metal para que pudiera llegar a ser una tecnología económicamente viable. Para la preparación de estos sorbentes regenerables, se probaron distintos métodos de impregnación de un soporte de carbono con oro. La calidad de estos sorbentes se evaluó mediante su caracterización por distintas técnicas instrumentales, en busca de una nanodispersión óptima del oro sobre la superficie del material elegido como soporte, un carbón activo comercial. Posteriormente, en los mejores materiales desarrollados, se evaluó su capacidad de retención en atmósferas de combustión. Antes, el estudio en mezclas gaseosas de distinta composición permitió analizar la influencia de los componentes empleados, tanto en los procesos de retención y regeneración como en la oxidación de mercurio. Estos ensayos se llevaron a cabo en un dispositivo a escala de laboratorio, con la ayuda de un analizador en continuo de mercurio elemental. Los resultados obtenidos mostraron que los métodos más adecuados para la impregnación con oro fueron los basados en la formación de dispersiones coloidales con la ayuda de compuestos que evitaron la formación de grandes aglomerados de oro. El uso de un bajo contenido de oro en estos sorbentes dio lugar a notables resultados de retención en atmósferas de N2 y N2 + O2, en parte debido al hecho colateral de que el propio soporte había sufrido modificaciones durante la impregnación. Pero los resultados relativos a la regeneración y las condiciones de eficiencia, durante sucesivos ciclos de vida, condujeron al empleo de sorbentes con una cantidad mayor del metal que proporcionaron mejores resultados. Se evaluó la influencia de los gases más reactivos individualmente, en mezclas, y en una atmósfera compleja típica de combustión de carbón. Se concluyó que, en esta última, los sorbentes consiguen elevadas capacidades de retención y elevadas eficiencias, como consecuencia de fenómenos en los que no solo participa el oro sino también el soporte carbonoso. Los sorbentes pueden ser regenerados un elevado número de ciclos manteniendo su eficiencia.