Preparación de carbón activado a partir de cáscara de cacao para la remoción simultánea de rodamina B, verde brillante y anaranjado de metilo en un efluente textil artificial

Abstract

Se produjeron carbones activados derivados de la cáscara de cacao (CAdCC) mediante activación con NaOH, estudiando sus propiedades y características químicas usando técnicas como XRD, Raman, FESEM, EDS y análisis BET, titulación de Boehm y punto de cero carga. Fueron utilizados para la eliminación de verde brillante (BG), rodamina B (RB) y anaranjado de metilo (MO) en efluentes textiles, estableciendo longitudes de onda específicas para cada uno (BG = 631 nm, RB = 592 nm, MO = 377 nm) para evaluar la concentración restante usando el método de la derivada espectrofotométrica. Las condiciones de adsorción óptimas fueron: pH 6 y dosis de adsorbente de 50 mg. La adsorción se ajustó al modelo de pseudo-segundo orden, con una afinidad BG>RB>MO. Los modelos de Langmuir y Freundlich describieron las isotermas de adsorción. Se demostró el efecto de NaCl en la eliminación de BG y MO, siendo insignificante para RB. Se efectuó un estudio de factibilidad para el proceso de producción de CAdCC, basado en datos de laboratorio. El capital total de inversión estimado fue de US$ 12,780,077; el costo de producción: US$ 6,113,414; el retorno de inversión (ROI): 38,56% si el carbón activado se vende a 4,88 US$/kg. Se determinaron los Valores Presentes Netos (VPN), Tasa Interna de Retorno (TIR) y el tiempo de recupero de 7,48 MMUS$, 27.68% y 5 años y 7 meses; y 4,77 MMUS$, 26,34% y 6 años y 1 meses para la Evaluación Económica y Financiera, respectivamente. El análisis de sensibilidad mostró que el flujo de efectivo del proyecto podría variar hasta un 35% con variaciones en inversión, costo de materia prima, capacidad de producción, eficiencia del proceso y costo de NaOH. Ambos análisis mostraron escenarios rentables con un mínimo riesgo de no rentabilidad.

Activated carbons derived from cocoa shell (CAdCC) were produced via NaOH activation, studying their properties and chemical characteristics using techniques such as XRD, Raman, FESEM, EDS, and BET analysis, Boehm titration, and point of zero charge. They were used for the removal of brilliant green (BG), rhodamine B (RB), and methyl orange (MO) from textile effluents, establishing specific wavelengths for each one (BG = 631 nm, RB = 592 nm, MO = 377 nm) to assess the remaining concentration using the derivative spectrophotometric method. The optimal adsorption conditions were: pH 6 and adsorbent dose of 50 mg. The adsorption followed a pseudo-second-order model, with an affinity BG>RB>MO. Langmuir and Freundlich models described the adsorption isotherms. The effect of NaCl on the removal of BG and MO was demonstrated, being insignificant for RB. A feasibility study for the CAdCC production process was conducted, based on laboratory data. The estimated total investment capital was US$ 12,780,077; the production cost: US$ 6,113,414; the return on investment (ROI): 38,59% if the activated carbon is sold at 4,88 US$/kg. The net present values (NPV), internal rate of return (IRR), and the payback period of 7,48 MMUS$, 27,68% and 5 years and 7 months; and 4,77 MMUS$, 26,34% and 6 years and 1 month for the economic and financial evaluation, respectively, were determined. The sensitivity analysis showed that the project's cash flow could vary up to 35% with variations in investment, raw material cost, production capacity, process efficiency, and NaOH cost. Both analyses showed profitable scenarios with a minimal risk of unprofitability.