Generation of nitrogen functionalities on activated carbons by amidation reactions and Hofmann rearrangement: Chemical and electrochemical characterization

Nitrogen functionalization of a highly microporous activated carbon (BET surface area higher than 3000 m2/g) has been achieved using the following sequence of treatments: (i) chemical oxidation using concentrated nitric acid, (ii) amidation by acyl chloride substitution with NH4NO3 and (iii) amination by Hoffman rearrangement. This reaction pathway yielded amide and amine functional groups, and a total nitrogen content higher than 3 at.%. It is achieved producing only a small decrease (20%) of the starting microporosity, being most of it related to the initial wet oxidation of the activated carbon. Remarkably, nitrogen aromatic rings were also formed as a consequence of secondary cyclation reactions. The controlled step-by-step modification of the surface chemistry allowed to assess the influence of individual nitrogen surface groups in the electrochemical performance in 1 M H2SO4 of the carbon materials. The largest gravimetric capacitance was registered for the pristine activated carbon due to its largest apparent surface area. The nitrogen-containing activated carbons showed the highest surface capacitances. Interestingly, the amidated activated carbon showed the superior capacitance retention due to the presence of functional groups (such as lactams, imides and pyrroles) that enhance electrical conductivity through their electron-donating properties, showing a capacitance of 83 F/g at 50 A/g.

Tratamiento de lixiviados de residuos de origen urbano mediante MBR

Se ha utilizado una planta de tratamiento a escala laboratorio consiste en un biorreactor de membrana (MBR). Esta planta está compuesta por un reactor biológico de 25 L de capacidad. Se utilizó una membrana plana de micro filtración marca Kubota de polietileno clorado, tamaño de poro 0,1 μm y área de filtración 0.116 m2. Se utilizaron como condiciones de operación: tiempo de residencia hidráulico 3 días, caudal de permeado 0.35 L/h y LMH 3 L/m2h. Se ha podido comprobar que es posible adaptar una población microbiológica a las particulares características químicas del lixiviado procedente de la planta y tratar estos lixiviados en un reactor biológico de membrana sumergida operando en condiciones habituales de sólidos en suspensión en el reactor entre 8-12 g/L durante un periodo de 6 meses. El proceso utilizado permite reducir la materia orgánica (97% DBO5 y 40% DQO) presente en estas corrientes residuales, agotando prácticamente toda la materia biodegradable. Respecto a los contenidos de nutrientes, el tratamiento MBR ensayado permite reducir de 35-40% el nitrógeno total, 45-50% el nitrógeno amoniacal y un 65-70% el fósforo total. Los sólidos en suspensión se han reducido en el efluente tratado en más de un 99%.