El carbón activado.

EL CARBON ACTIVADO.

Nota: Una versión más corta de este artículo se ha publicado en la revista digital Home Reef Magazine

Introducción:

Cuando queremos abordar cualquier tema podemos hacerlo de una forma rigurosa o pasar de puntillas sobre él. Creo que la mejor opción es siempre la primera, pero más aún cuando se trata de un tema complejo y sobre el que casi hay más desinformación que datos objetivos. Todos los aficionados usan o han usado carbón activado en algún momento, pero es muy probable que no le hayan sacado todo el partido posible por haber hecho un mal uso de él. Vamos a profundizar un poco en el tema intentando no generar más confusión.

• Índice:
•  ¿Qué es el carbón activado?
• ¿Desde cuándo se utiliza?
• ¿Cómo funciona el carbón activado?
• ¿Cómo se produce?
• ¿Qué aplicaciones tiene el carbón activado?
• ¿Qué sustancias puede eliminar el carbón activado?
• ¿Qué sustancias no elimina el carbón activado?
• ¿Con que materiales se puede producir carbón activado?
• ¿En qué formas puede presentarse el carbón activado?
• ¿Tiene efectos negativos el uso del carbón activado?
• ¿En qué circunstancias es importante usarlo?
• ¿Se puede reciclar el carbón activado?
• ¿Qué cantidad debemos utilizar y durante cuánto tiempo podemos hacerlo?
•  ¿Cómo sabemos que carbón activado debemos comprar?

Artículo:

¿Qué es el carbón activado?

El carbón activado es un material filtrante con una enorme capacidad de adsorción. Se fabrica a partir de materias primas ricas en carbono y se utiliza para la filtración y depuración de gases y líquidos. Su alto porcentaje de carbono, cercano al 95%,su gran porosidad y algunas características de su superficie le convierten en el adsorbente universal. No hay que confundir la adsorción con “d” con la absorción con “b”. La primera es la capacidad de un material para atraer y fijar sobre su superficie diferentes sustancias mientras que la segunda es la capacidad que tiene un material, por ejemplo, una esponja, de retener en su interior otras sustancias, en este caso liquidas.

¿Desde cuándo se utiliza?

Se han encontrado referencias escritas sobre el uso medicinal del carbón activado en la antigua Grecia en el 1550 a.C.

En la misma época, en el antiguo Egipto y en Persia también se utilizaba el carbón activado.

Los fenicios, 450 años a.C., utilizaban barriles de madera, parcialmente carbonizados por el fuego, para conservar el agua que llevaban en sus largas travesías en barco.

400 años a.C. Hipócrates el padre de la medicina dejó escritas diferentes aplicaciones médicas del carbón activado.

También algunas culturas precolombinas, como Los Mayas, añadían madera carbonizada a los campos de cultivo para conseguir una mejor retención de agua y nutrientes.

Los chinos desde hace siglos carbonizan la madera de bambú para secar el Té.

Pero la generalización de su uso tiene un claro despegue a principios del siglo XX cuando en la primera guerra mundial comenzaron a usarse agentes químicos gaseosos. Además, el potente desarrollo industrial de la época empezó a generar importantes problemas medioambientales que había que atajar; esto propició la investigación en diferentes materiales capaces de depurar el aire y el agua.

¿Como funciona el carbón activado?

Una de las principales propiedades del carbón activado se debe a su alto contenido en carbono. Este elemento químico es el 4º más abundante de la naturaleza después del hidrógeno, el helio y el oxígeno. Es, además, el que tiene una mayor capacidad para unirse con otros elementos. Tal es así que, en la naturaleza, la suma de moléculas que contienen carbono es mayor que la suma de moléculas formadas por el resto de los elementos químicos.

Los átomos de carbono tienen en su capa más externa cuatro electrones por lo que les faltan otros cuatro para alcanzar el numero de 8 que es el que proporciona la mayor estabilidad. Esto hace que tienda a unirse hasta con otros 4 átomos de carbono o con otros elementos de bajo peso atómico mediante enlaces covalentes que son muy fuertes. Aunque la mayor afinidad del carbono es con el hidrógeno y con el oxígeno, también tiene gran afinidad por el nitrógeno, el azufre, el fósforo y los elementos halógenos (flúor, cloro, bromo y yodo).

Por el proceso de activación, que veremos más adelante, las materias primas utilizadas en la producción del carbón activado adquieren diferentes propiedades que le confieren una enorme capacidad de eliminar sustancias presentes en el aire o en el agua:

1. La concentración de carbono aumenta considerablemente, llegando incluso hasta el 95%.

 Esto se produce porque al someter la materia prima a altas temperaturas buena parte delos elementos presentes junto al carbono se volatilizan. Al mismo tiempo, los átomos de carbono se agrupan en microcristales laminares (planos)separados por estrechos espacios vacíos. Estas láminas se agrupan en haces paralelos que se orientan de forma aleatoria en diferentes ángulos formando así una intricada red de canales o poros. La forma de estos cristales y la separación y disposición entre ellos depende del tipo de activación al que se someta el carbón activado. Los poros pueden tener diferentes formas y diámetros. En función de su diámetro podemos distinguir 3 tipos de poros diferentes:

• Los macro poros con un diámetro mayor de 50 nano metros. Representan un porcentaje insignificante de la superficie total del carbón activado y su función es servir de vía de distribución del agua o del aire hacia los meso y microporos.
• Los meso poros cuyo diámetro está entre los 2 y 50 nm.
• Los microporos que tienen un diámetro inferior a 2 nm. y que representan hasta el 95 % de la superficie útil del carbón activado. Su tamaño es tan pequeño que es comparable con el tamaño de algunas macromoléculas orgánicas y con el de muchas bacterias.

El tamaño de los espacios o poros está relacionado con el de las sustancias que pueden ser adsorbidas en ellos ya que estas deben tener un tamaño entre 1 y 5 veces menor que el diámetro del poro.

Además, según su función, podemos distinguir entre:

– Poros de adsorción que son aquellos con el diámetro adecuado para que las láminas cristalinas de átomos de carbono de ambos lados del poro estén tan cerca que la fuerza de atracción conjunta pueda retener moléculas.

– Poros de distribución o transporte que son los que no generan suficiente fuerza de atracción y por los que circula el agua con las moléculas que luego serán retenidas en los poros de adsorción.

Esta red de poros le proporciona al carbón activado una superficie interna útil enorme que puede variar entre 500 y 2500 m² por gramo ¡

• Este complejo laberinto de poros de diferentes diámetros le proporciona al carbón activado una estructura similar a la de una esponja. Esto le permite retener, en este caso por absorción, algunas sustancias disueltas, especialmente algunos gases de bajo peso molecular.

• La capacidad de adsorción del carbón activado tiene una doble naturaleza: física (fisisorción) y química (quimiosorción).

Fisisorción: Si el carbón activado estuviera formado solo por átomos de carbono su superficie tendría una naturaleza apolar y por tanto hidrófoba. Esto le daría, únicamente, una gran capacidad de adsorber o eliminar sustancias apolares y de alto peso molecular como por ejemplo las grandes moléculas orgánicas que colorean el agua con un color amarillento. Hay varios tipos de fuerzas que permiten la adsorción del carbón activado pero las más importantes son las fuerzas de Van der Valls. En general, estas fuerzas forman uniones débiles entre el carbón activado (el adsorbente) y las sustancias disueltas en el agua (el adsorbato). Una de las consecuencias de la debilidad de estas uniones es que como veremos más adelante pueden romperse fácilmente liberando de nuevo las sustancias adsorbidas.

Cuanto más ramificadas, más hidrofóbicas y de mayor peso molecular son las moléculas, más fácilmente son adsorbidas por el carbón activado. Si además estas moléculas están ligadas a elementos halógenos como el cloro, el bromo o el yodo lo hacen aún más fuertemente.

Quimiosorción: Las formas de quimiosorción son mucho más estables ya que implican que el adsorbente y el adsorbato compartan electrones.

Las principales formas de adsorción química son:

• La formación de enlaces covalentes: Los átomos de carbono de los bordes, las esquinas y delas imperfecciones presentes en las láminas cristalinas que estos conforman actúan como radicales libres. Esto es así porque como no han completado su capacidad de formar enlaces químicos tiene una gran necesidad de hacerlo para alcanzar la máxima estabilidad posible.
•  Atracción eléctrica y química: El proceso de activación hace que algunos átomos de carbono se unan a otros elementos como el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno o el azufre formando grupos superficiales heterogéneos que pueden tener naturaleza básica o ácida (tipo carbonilo, carboxilo, fenólico, hidroxilo, etc.). Esto aumenta la polaridad de la superficie del carbón activado y por tanto su afinidad por sustancias polares (hidrofílicas).
• Algunos de estos grupos superficiales presentes en la superficie del carbón activado le confieren también propiedades catalíticas que son las responsables de su gran capacidad de eliminar el cloro disuelto en el agua. Esta capacidad para actuar como un catalizador es la razón por la que el carbón se utiliza también para facilitar diferentes procesos industriales.
• El carbón activado puede también actuar por intercambio iónico especialmente con cationes de metales pesados y otros. La lista de iones que el carbón activado puede retener es amplia: cobre (Cu²⁺), zinc (Zn²⁺), plomo (Pb²⁺), estroncio, plata, cromo, hierro, cadmio, níquel, cobalto, manganeso, lantano (³⁺), vanadio, mercurio y otros. La presencia de oxígeno, flúor o nitrógeno en diferentes moléculas puede ayudar a la eliminación de estas.
• La presencia de grupos ácidos o básicos en la superficie del carbón activado junto con el hecho de que este se utilice en un medio alcalino (como el agua de un acuario marino) o en un medio ácido (como el agua de un acuario amazónico) hace que la superficie del carbón adquiera carga eléctrica positiva o negativa y que por tanto pueda adsorber, en diferente medida, cationes (iones de carga positiva) o aniones (iones de carga negativa). Cuando usamos carbón activado en agua salada es más probable que aumente su capacidad de adsorber iones de carga positiva (cationes) y, al contrario, cuando lo hagamos en aguas dulces y ácidas. La capacidad de eliminar muchos de estos iones depende fundamentalmente de la configuración química de la superficie del carbón activado, pero también del pH del agua y de la presencia o no de otros elementos por lo que se trata de un tema muy complejo.
• También se pueden formar puentes de hidrógeno entre átomos de hidrógeno con otros de oxígeno, flúor o nitrógeno.

• Además de las uniones, ya sean físicas o químicas, entre el adsorbente y el adsorbato tenemos que considerar que algunas de las sustancias fijadas al carbón activado pueden a su vez “atraer” por su extremo libre a otros átomos, iones o moléculas, ampliando así el espectro de sustancias que el carbón activado puede eliminar. Algunas de las moléculas orgánicas que puede eliminar el carbón activado tienen propiedades quelantes que le permiten unirse a una buena parte de los elementos traza disueltos en el agua de nuestro acuario. Esto implica, por un lado, que al retirar estas podemos arrastra al mismo tiempo parte de estos elementos traza. Pero, por el contrario, si dejáramos estas moléculas orgánicas quelantes en el agua podríamos provocar que el nivel de elementos traza “libres” también fuera insuficiente.

Es muy importante tener presente que la adsorción no es un proceso lineal ni irreversible. No es lineal porque se produce con más intensidad en un primer momento cuando la superficie del adsorbente esta libre y cuando la concentración de las sustancias a adsorber es más alta. A medida que la superficie del carbón activado se va saturando y la concentración de sustancias disueltas va disminuyendo, también disminuye la velocidad de adsorción. Además, es un proceso reversible ya que las sustancias adsorbidas pueden liberarse de nuevo lo que se conoce como desorción. Esta es mayor cuanto mayor es la cantidad de átomos y moléculas previamente adsorbidas. Por lo general, si mantenemos el carbón en uso mucho tiempo, la concentración de las diferentes sustancias adsorbidas y disueltas en el agua tenderá al equilibrio.

Además, como la afinidad del carbón activado es diferente para diferentes tipos de sustancias es posible que la repentina aparición en el agua de una sustancia más afín provoque una liberación de otras menos afines previamente adsorbidas.

La capacidad de adsorción del carbón activado depende de varios factores:

• De la superficie útil de contacto entre el carbón y el medio exterior.
• Del tipo y distribución de los poros.
• Del tiempo de contacto entre el carbón y las sustancias a adsorber lo que a su vez depende de varios factores como el flujo de agua, del diseño del reactor, etc.
• Además, como casi todos los fenómenos físicos, químicos o biológicos la adsorción también se ve afectada por la presión, la temperatura o el pH. El carbón activado tiene una mayor capacidad de adsorción cuanto mayor es la temperatura y menor es el pH. De esto podemos deducir, entre otras cosas, que debemos utilizar más cantidad de carbón en acuarios marinos o de agua fría que en los de agua dulce.
• ¿Cómo se produce?

El carbón activado puede producirse a partir de diferentes materias primas y utilizando diferentes procesos de activación por lo que podemos encontrar una gran variedad de tipos de carbón para infinidad de aplicaciones.

Podemos distinguir dos métodos principales del proceso de activación:

• Activación física o térmica que, a su vez, consta de 2 etapas:

• 1) Carbonización: En esta etapa la materia prima se calienta a altas temperaturas (de hasta incluso 4000º C. en algunos casos)y en una atmósfera pobre en oxígeno para evitar la combustión. Si se produjera esta combustión muchos átomos de carbono se unirían al oxígeno formando CO₂ que al volatilizarse reduciría la materia prima a cenizas. En esta etapa se eliminan los hidrocarburos presentes en algunas materias primas, se produce una deshidratación y la eliminación parcial de los átomos de hidrógeno, nitrógeno y oxígeno. Como resultado se obtiene un producto mucho más rico en átomos de carbono y con una cierta cantidad de poros.
  • Gasificación: En esta etapa se expone la materia carbonizada a una atmósfera altamente oxidante y a elevadas temperaturas (entre 800 y 1100º C) para conseguir la volatilización de una parte de los átomos de carbono y conseguir un mayor aumento de la porosidad. Lo más frecuente es utilizar como agentes activantes el CO₂ o el vapor de agua.
• 2) Activación química:

Los carbones producidos por activación química suelen tener poros de mayor diámetro. Este proceso se realiza en una única etapa. Para ello se calienta(entre 400 y 600ºC) el carbón semi elaborado junto con un agente oxidante. Los más utilizados son el ácido fosfórico (PO₄H₃), el cloruro de cinc (ZnCl₂)o el ácido sulfúrico (SO₄H₂) aunque para obtener carbones con características de adsorción específicas pueden utilizarse muchos otros. Hace años se pusieron de moda los carbones “super activados” a los que se le trataba con hidróxido potásico (KOH).

Este proceso aumenta la deshidratación, el número de poros y reduce el porcentaje de cenizas y metales pesados. Posteriormente este carbón se somete a uno o varios aclarados para eliminar los restos del agente activante. Como no es fácil eliminarlo al 100% los carbones activados de esta manera (la mayoría) pueden liberar principalmente fosfatos, pero también cinc, potasio u otros elementos.

            Además de este proceso de activación, algunos carbones activados pueden mezclarse con diferentes sustancias para mejorar sus propiedades adsorbentes:

– Esto puede hacerse, por ejemplo, para aumentar sus propiedades catalíticas. Un ejemplo es la mezcla de carbón activado y partículas de dióxido de titanio que utilizan los filtros Hydra; esta mezcla facilita, con muy poco voltaje, una electrocatálisis del agua que produce:

1) Protones (H⁺) que oxidan el amoniaco (NH₃) que es muy tóxico a amonio (NH₄⁺) que no lo es y

2) Iones hidroxilo (OH^–) que tienen un fuerte efecto oxidante capaz de desencadenar reacciones de oxidación avanzada.

– También puede mezclarse con partículas de óxido de hierro para potenciar su capacidad de adsorber contaminantes como el arsénico o los fosfatos, como ocurre en el caso del carbón de la marca Red Sea Reef Spec. carbón.

– Algunos fabricantes, como Reeflowers, comercializan un carbón activado con iones de plata para evitar la proliferación de bacterias. Estos iones de plata tienen un efecto bacteriostático que no mata a las bacterias, pero inhibe su crecimiento impidiendo que se establezca un biofilm bacteriano que obture los poros del carbón.

• Algunos carbones se impregnan con sales básicas de metales alcalinos o alcalinotérreos para eliminar del agua o del aire amoniaco o incluso aminoácidos.

• ¿Qué aplicaciones tiene el carbón activado?

A parte de su uso para para filtrar el agua de nuestros acuarios, el carbón activado tiene infinidad de aplicaciones. Se utiliza en industrias como la alimentaría, la farmacéutica o cosmética, la del automóvil, la nuclear, etc. También se utiliza con fines militares y otras muchas aplicaciones como:

• La depuración del biogás.
• La depuración del aire.
• La depuración de aguas potables.
• La eliminación del arsénico en el agua.
• La depuración del agua en acuicultura.
• La extracción de oro.
• La depuración del azúcar.
• La depuración de aminoácidos.
• Filtración y decoloración de bebidas alcohólicas.
• Máscaras antigás.
• Reciclado del papel.
• En Medicina para tratar, por vía oral, las intoxicaciones, envenenamientos y sobredosis.
• Para filtrar el plasma sanguíneo.
• En los filtros de los cigarrillos.
• En plantillas desodorizantes para calzado.
• Para hacer mascarillas cosméticas.
• En tejidos para confeccionar ropa de cama.
• Recientemente como suplemento alimenticio por sus propiedades “Detox” aunque sus efectos para la salud no están todavía estudiados.
• Para reducir las emisiones de gases de los coches, etc., etc.

• ¿Qué sustancias puede eliminar el carbón activado?

Dependiendo, de la materia prima utilizada, del tipo de activación, del pH del medio en el que se utiliza y de otros factores, los carbones pueden eliminar diferentes sustancias, entre ellas:

• Metales pesados como el plomo, mercurio, níquel, cobre, o cromo.
• Elementos como el litio, el zinc o el arsénico.
• Elementos traza.
• Cloruros, cloro y algunos de sus derivados como la cloramina y los Trihalometanos.
• Sustancias con capacidades organolépticas que le dan al agua olor o sabor.
• Gases como el oxígeno, CO_2, ozono, radón, el cloroformo, etc.
• Humo de los cigarrillos.
• Elementos halógenos: flúor, cloro, bromo y yodo.
• Pesticidas, herbicidas, medicamentos y productos farmacéuticos.
• Según la EPA (Agencia de Protección Ambiental americana) también elimina nitratos, nitritos y fosfatos. Es posible que los dos primeros sean eliminados por la acción de bacterias que hayan colonizado el carbón activado.
• Micro plásticos.
• Moléculas orgánicas como:
  • Ácidos húmicos y taninos
  • Ácidos fúlvicos que oxidados por el cloro pueden tener un efecto carcinogenético.
  • Benceno, tolueno y aceites
  • Fenoles y cresoles
  • Hormonas, fitohormonas y feromonas
  • Colorantes orgánicos
  • Ácido úrico y péptidos.
  • Algunos aminoácidos hidrofóbicos esenciales, entre otros para los corales como: leucina, isoleucina y metionina.
  • Toxinas y terpenoides.

• ¿Qué sustancias no elimina el carbón activado?

El carbón activado no elimina minerales como el magnesio, potasio, sodio o calcio por lo que no afecta al nivel de TDS del agua.

• ¿Con que materiales se puede producir carbón activado?

Podemos distinguir entre carbones de origen vegetal o mineral, aunque no hay que olvidar que los carbones de naturaleza mineral tienen un origen remoto vegetal.

Los carbones de origen vegetal se fabrican a partir de:

• Maderas duras como la de encina o roble.
• Maderas blandas como la de pino. Este tipo de madera produce carbones muy macroporosos.
• Bambú.
• Residuos de madera (serrín).
• Huesos de animales.
• Residuos de maíz.
• Cascaras de nueces o almendras.
• Cascara de coco: Estos carbones tienen una alta dureza y un gran porcentaje de microporos lo que los hace más eficaces adsorbiendo moléculas orgánicas de bajo peso molecular. Además, al obtenerse de un fruto, su contenido en metales pesados es muchísimo menor que el presente en las maderas o minerales utilizados para fabricar muchos otros carbones activados. Puede subir ligeramente el pH al introducirlo en un acuario.
• También pueden producirse a partir de huesos de frutos como los de aceituna o el melocotón.

Los carbones de origen mineral pueden ser:

• Ligníticos que se forman con compresión de la turba y tienen un menor contenido de carbono. Estos carbones producidos a partir de lignito se activan con ácido y presentan un gran número de macroporos por lo que son apropiados para eliminar moléculas orgánicas de elevado peso molecular como las que colorean el agua con un tono amarillento. Son carbones más blandos que los bituminosos y por lo tanto liberan más polvo por lo que son más difíciles de limpiar. Lo más práctico es utilizarlos en un reactor de flujo inverso y hacer coincidir su puesta en marcha con algún cambio de agua para poder desechar unos pocos litros aclarándolo. También tienen un mayor porcentaje de cenizas que los bituminosos, pero a pesar de todo, los carbones fabricados a partir del lignito son de los de mejor calidad para la filtración en acuarios.
• De hulla que se forma por compresión del lignito y en los que la concentración de carbono sube hasta el 80%.
• De antracita que se obtiene por la transformación de la hulla y tiene una concentración de carbono de hasta el 95%.
• Materiales bituminosos: Son los que se utilizan más frecuentemente por su bajo coste y su alta dureza lo que hace que tengan una menor presencia de polvo. Tienen un gran porcentaje de mesoporos, pero también poros de diferente diámetro por lo que son muy eficaces para adsorber moléculas diferentes. Cuando se usen este tipo de carbones es aconsejable que sean de granulometría baja para aumentar al máximo su superficie externa.

• ¿En qué formas puede presentarse el carbón?

El carbón activado puede encontrarse en 3 presentaciones básicas:

• Carbón activado en polvo con partículas inferiores a 0,25 mm. lo que hace que su manejo sea más complicado. En algunas plantas de tratamiento se añade el carbón pulverizado al agua a tratar y tras un tiempo de contacto lo separan de esta por decantación u otros procesos. El carbón activado en polvo también puede embeberse en piezas de esponja (foamex) que se suelen utilizar en filtros exteriores e interiores como método de filtración mecánica y química.
• Carbón activado granular con partículas mayores a 0,25 mm. Es el tipo carbón activado más usado en la acuariofilia.
• Carbón activado en pellets que se produce compactando el carbón activado en polvo o el carbón granular previamente pulverizado. La forma de los pellets es normalmente cilíndrica porque se producen por extrusión. A veces para “ligar” las partículas pulverizadas se utilizan alquitranes o glucosa. La forma regular de los pellets hace que sea necesario un flujo de agua algo menor que en el caso de usar carbones granulares. Este tratamiento de extrusión encarece un poco el carbón activado sin que ello implique necesariamente una mayor calidad. Es importante utilizarlo de forma que evitemos la fricción libre de los pellets de carbón para evitar que se desprendan pequeñas partículas que podrían pasar al agua del acuario. Estas pueden irritar a los corales de un acuario de arrecife y también es posible que estén relacionadas con la aparición del síndrome conocido como HLLE(Head and Lateral Line Erosion). Los peces que sufren este síndrome presentan agujeros en la cabeza y erosiones en la línea lateral. Son especialmente sensibles a este síndrome algunas especies de peces cirujano, sobre todo las del género Zebrasoma y especialmente el Zebrasoma xanthurum. Es posible la sensibilidad a este síndrome de esta especie se deba a que procede del Mar Rojo y este tiene una densidad media superior a 1.030, mucho mayor de la que habitualmente utilizamos para mantener los acuarios de arrecife que es de entre 1024 y 1026.

1. ¿Tiene efectos negativos el uso del carbón activado?

Sí, pero todos los efectos indeseables del uso del carbón activado pueden evitarse haciendo un buen uso de él.

• El carbón activado, especialmente los que tienen muchos microporos, tiene una gran afinidad por moléculas gaseosas de bajo peso molecular como el oxígeno. Por esta razón no debemos poner una gran cantidad de carbón activado en un filtro, sea del tipo que sea, antes de los materiales para la filtración biológica ya que el agua les llegaría muy pobre en oxígeno lo que afectaría seriamente a su eficacia.

• Como hemos visto antes algunos carbones que en el proceso de activación has sido tratados con ácido fosfórico pueden lixiviar o liberar fosfatos al agua del acuario. Aunque, a veces, en el caso de acuarios de arrecife “secos” de nutrientes esto puede venirnos bien, en general, un aporte de fosfatos contribuye a la eutrofización de nuestros acuarios, lo que favorece el crecimiento de algas indeseables.
• También es posible que algunos carbones que han sido activados con cloruro de zinc pueden liberar este elemento al agua del acuario.
• El carbón activado tiene también una gran afinidad por el yodo y como veremos un poco más adelante su déficit puede tener consecuencias adversas en la salud de los corales y crustáceos de nuestro acuario. ¿Por qué es importante este elemento? Además de su importancia en la muda de los crustáceos, tanto de agua dulce como marinos, ayuda a los corales a minimizar los daños por estrés oxidativo que pueden sufrir cuando están expuestos a una intensa iluminación. Además, favorece el crecimiento de las esponjas y de las gorgonias.
• Cuando vayamos a dosificar diferentes tipos de carbono orgánico, como método para reducir nutrientes, debemos retirar el carbón activado en uso o sustituirlo por uno nuevo; así evitaremos que este pueda liberar algunas de las sustancias ya retenidas al tener una mayor afinidad por alguna de las moléculas orgánicas presentes en este tipo de productos. Además, a pesar de los muchos comentarios en sentido contrario, el carbón activado puede eliminar varios elementos traza. Entre aquellos que son esenciales para los animales marinos destacan:

• El hierro que tiene una gran importancia en la fotosíntesis, en el transporte de oxígeno en la sangre de los peces y en la formación de algunas enzimas involucradas en la desnitrificación.

• El Iodo que es importante para la muda de los crustáceos, tanto de agua dulce como marinos. Además, ayuda a los corales a minimizar los daños por estrés oxidativo que pueden sufrir cuando están expuestos a una intensa iluminación. También favorece el crecimiento de las esponjas y de las gorgonias.

• El bromo que interviene en la formación del esqueleto coralino. Además, los corales lo necesitan para la síntesis de cromoproteínas de color y las zooxantelas para la síntesis de algunas enzimas esenciales. Un nivel elevado puede provocar perdida de tejido en las zonas intermedias

• El manganeso. Este elemento es importante para varios procesos relacionados con la fotosíntesis y parece ser muy importante en el mantenimiento de algunos corales LPS como los gonioporas. A pesar de que casi todos los alimentos utilizados para nuestros peces aportan cierta cantidad de manganeso, su concentración en los acuarios de arrecife tiende a disminuir rápidamente.

• El vanadio es muy importante para la formación de algunos pigmentos cromáticos y para la fluorescencia de los corales.

• El molibdeno. Un nivel alto de este elemento puede favorecer un brote de cianobacterias ya que estas lo necesitan para fijar el nitrógeno atmosférico. Además, es necesario para formar la enzima nitrato reductasa que interviene enla desnitrificación. Por esta razón puede darse un déficit de molibdeno en acuarios con lechos profundos o con grandes cantidades de roca viva “vieja”.

• El cobalto está presente en nuestros acuarios de arrecife en forma de cobalamina o vitamina B12. La producen bacterias simbióticas que, por ejemplo, están presentes en el mucus que rodea a los corales formando parte del microbioma que conforma el holobionte coralino. Un nivel alto puede favorecer el crecimiento de dinoflagelados y cianobacterias. Un nivel bajo puede provocar episodios de RTN y STN.

• El selenio es fundamental para el correcto mantenimiento de corales SPS expuesto a una intensa iluminación y, por tanto, a un gran estrés oxidativo. Su déficit provoca además una baja absorción de los nutrientes.

• El zinc intervine en la formación de diferentes enzimas importantes para los corales. Su deficiencia provoca fotosensibilidad y escaso crecimiento de los corales y ralentiza la tasa de reducción de nutrientes (nitratos y fosfatos).

1. ¿En qué circunstancias es importante usarlo?

Debemos utilizar carbón activado en las siguientes ocasiones:

• Después de haber utilizado cualquier medicamento. Si queremos eliminar los restos de un medicamento que hemos utilizado para tratar a los habitantes de nuestro acuario es aconsejable utilizar el doble de la cantidad media recomendada y retirarlo a los 2 o 3 días.
• Cuando apreciemos que el agua del acuario adquiere cierto tono amarillento. Podemos apreciar bien este color cuando sacamos agua del acuario en un cubo blanco o cuando miramos el acuario a través de un lateral cuando la luz está apagada. El carbón activado, sobre todo si tiene muchos macroporos, es muy eficaz eliminando del agua estas sustancias, que son principalmente ácidos fúlvicos y húmicos. Estas sustancias indeseables pueden reducir hasta en un 30% la intensidad de la luz que le llega a nuestros corales, especialmente las radiaciones de más energía como la UV, Violeta y Azul. Ojo, si en un acuario con el agua muy coloreada ponemos mucha cantidad de carbón podemos provocar que en pocas horas aumente repentinamente la transparencia del agua y por tanto la intensidad en estas longitudes de onda lo que podría provocar estrés oxidativo e incluso el blanqueamiento de algún coral. También es posible que un aumento repentino de la radiación UV provoque la aparición de vesículas en algún coral como las que presentan algunas rhodactis “bounced”.

• En el caso de brotes de cianobacterias y especialmente de dinoflagelados porque estos organismos producen toxinas más o menos potentes.

• Cuando introducimos en un acuario marino, especialmente si este es pequeño, grandes colonias de palythoas que pueden liberar toxinas y afectar a los peces e invertebrados.

• En acuarios de arrecife en los que utilicemos algún método químico para combatir planarias como las que afectan a Acroporas, Montiporas y otros corales, porque al morir estos indeseables intrusos también liberan toxinas.

• En acuarios en los que mantengamos, al mismo tiempo, corales duros de pólipo pequeño (SPS) y corales blandos para minimizar los efectos de los terpenoides y otras sustancias similares que estos últimos emplean en su guerra química contra otras especies competidoras.

• En acuarios en los que se realice algún cambio en las conducciones de PVC que requiera utilizar los pegamentos específicos.

• Cuando un acuario que lleva mucho tiempo en funcionamiento requiera tareas de mantenimiento que impliquen mover o sustituir el sustrato. La razón es que esto podría liberar pequeñas bolsas de ácido sulfhídrico (H₂S).

• En acuarios con una alta carga de materia orgánica como en el caso de acuarios con un gran número de peces o en los que no se utilice un separador de proteínas. Un exceso de materia orgánica genera un tono amarillento del agua, aumenta la demanda biológica de oxígeno (DBO), baja el pH y el kH y favorece el crecimiento de bacterias heterótrofas, como por ejemplo las delos géneros Vibrio o Pseudomonas, que pueden ser patógenas tanto para los peces como para los corales y que de hecho están frecuentemente relacionadas con episodios de Necrosis rápida o lenta de los tejidos (RTN y STN).

• En acuarios de arrecife con un refugio de algas ya que, si bien es cierto que estas consumen nitratos y fosfatos, en contrapartida, pueden “exudar” como desecho gran cantidad de moléculas orgánicas.

• Cuando se utiliza ozono. Aquellos aficionados que inyecten ozono en su skimmer, como método para subir el redox, deben filtrar con carbón activado el agua que sale de este antes de que entre en contacto con los animales del acuario. Así evitamos el daño que pueden causar a los habitantes del acuario el ozono y algunas sustancias como el bromito o el hipobromito. Este se produce por la oxidación que el ozono provoca en el bromo y es la razón por la que debemos parar temporalmente el ozonizador cuando añadimos agua nueva a un acuario marino.

• En domicilios donde, por la ubicación del acuario, por la presencia de animales domésticos o por el uso frecuente de aerosoles, sea recomendable utilizar un método de filtración química. Esto es aún más importante en los meses fríos en los que se suelen ventilar menos tiempo las casas. Aprovecho para aconsejar el uso de un limpiador de cristales de la marca TUNZE que es totalmente seguro para los habitantes de nuestros acuarios.

• En acuarios de arrecife cuando sospechemos, o bien comprobemos por un test ICP, que el nivel de CO₂ disuelto en el agua es mayor de lo deseable. Además del impacto negativo que esto tiene en el pH del acuario, el CO₂ es el nutriente más importante que debemos controlar para reducir el riesgo de un brote de algas indeseables. En el caso de acuarios de agua dulce plantados si es necesario mantener un nivel de CO₂ disuelto adecuado para favorecer el crecimiento de las plantas, pero en el caso de los acuarios de arrecife no, porque hay un flujo interno de CO₂entre las células del coral y las zooxantelas que viven en su interior lo que garantiza la fotosíntesis.

1. ¿Se puede reciclar el carbón activado?

Si, el carbón activado puede reciclarse, pero este es un proceso industrial que no podemos replicar los aficionados. Este proceso, conocido como desorción térmica, consiste en someter el carbón activado saturado a temperaturas de entre 700 y 900º C para provocar que las sustancias adsorbidas se volatilicen. Este proceso industrial puede incluso repetirse varias veces.

1. ¿Qué cantidad debemos utilizar y durante cuánto tiempo podemos utilizarlo?

Para usos industriales se suele calcular la cantidad de carbón que hay que utilizar en función de la velocidad de paso del agua y del tiempo de contacto necesario para la eliminación de una sustancia determinada.

Para ello se extrapola la conocida ecuación física:

            Velocidad = Espacio / Tiempo

y se convierte en la siguiente ecuación:

Flujo de agua¹ = Vol. De carbón² / Tiempo de contacto³, donde

1 = en galones por minuto,

2 = en pies cúbicos y

3 = en minutos

Pero esta fórmula se utiliza para sistemas de filtración en los que el agua pasa por el filtro solo una vez y no varias veces al día como ocurre en nuestros acuarios; además en los acuarios se generan sustancias de desecho continuamente e intervienen muchos más factores que dificultan el poder dar una fórmula mágica. Vamos a ver una tabla con algunos datos orientativos que nos pueden ayudar a hacer un uso correcto del carbón activado en nuestros acuarios y estanques:

Tipo de acuario	AGUA MARINA Y AGUA FRIA	AGUA DULCE
Carga de peces	Media/baja	Media / Alta	Media/baja	Media / Alta
Flujo de agua	600-800 l/h	800-1200 l/h	600-800 l/h	800-1200 l/h
Cantidad de carbón en vol.	1 ml. / Litro	2 ml. / Litro	0,5 ml. / Litro	1 ml. / Litro
Cantidad de carbón en peso	0,5 gr./ Litro	1 gr. / Litro	0,25 gr. / litro	0,5 gr./ Litro
Tiempo de uso	6 SEMANAS	4 SEMANAS	8 SEMANAS	6 SEMANAS
Nota 1: Si subimos el flujo de agua podemos reducir el tiempo de uso, pero debemos aumentar la cantidad de carbón.
Nota 2: Si aumentamos la cantidad de carbón podemos reducir el tiempo de uso, pero debemos aumentar el flujo.
Nota 3: En ningún caso debemos exceder en mucho el tiempo de uso recomendado.

Debemos tener también en cuenta que cuando utilicemos carbones en forma de pellets, especialmente si estos son esféricos como los del Matrix Carbón de Seachem, podemos utilizar flujos de agua algo más bajos que en el caso de carbones granulares irregulares.

1. ¿Cuál es la mejor forma de utilizar el carbón en un acuario?

Los aficionados utilizan el carbón de maneras muy diferentes. Los hay que utilizan poca cantidad y lo cambian con frecuencia mientras que otros lo mantienen en sus filtros durante meses. También hay quien lo coloca en un reactor, preferiblemente con un flujo ascendente de agua y quienes lo colocan de forma pasiva, dentro de una malla, sumergido en alguna zona del acuario o del sump y con más o menos circulación de agua.

A la vista de los datos que hemos visto sobre el fenómeno de la adsorción, de las recomendaciones de autores de reconocido prestigio y de las dadas por los fabricantes de carbón activado serios, vamos a enumerar algunos consejos para hacer un buen uso del carbón:

1. Debemos utilizar poca cantidad y cambiarlo con frecuencia. Como hemos visto, si el carbón permanece en el agua durante suficiente tiempo las sustancias adsorbidas podrían ser parcialmente liberadas de nuevo. Además, su superficie podría ser colonizada por bacterias que obturarían sus poros restando eficacia. Hay que tener en cuenta que las bacterias nitrificantes tienen un diámetro medio de 1 micra y que el 95 de los poros del carbón tienen un diámetro medio inferior a las 2 micras.
2.  Ya que vamos a cambiarlo en unos días no hace falta que utilicemos una gran cantidad.(Ver tabla anterior).
3. Debemos poner algún material de filtración mecánica antes del carbón para evitar que detritus o cualquier materia en suspensión se adhieran a la superficie del carbón pudiendo incluso obturar parte de sus poros superficiales lo que reduciría mucho su eficacia.
4. Debemos colocarlo en el interior de un filtro o de un reactor con un paso ascendente de agua. Además, hay que comprimirlo entre dos capas de perlón, esponja o rejillas plásticas. De esta manera, además de evitar que el carbón se obture por los detritus podemos evitar el efecto “lecho fluido” por el que los gránulos o pellets de carbón fluyen y se rozan entre sí. Esto puede provocar que se liberen pequeñas partículas de carbón que pueden pasar al acuario irritando a los peces e invertebrados que viven en él. Utilizando un reactor de este tipo la presión interna ayuda además a que el agua y las sustancias disueltas en ella pueden alcanzar más fácilmente la inmensa red interna de poros del carbón activado.

En el caso de acuarios pequeños podemos utilizar filtros de mochila con cargas de carbón específicas. Este es un método económico y que nos facilita mucho su recambio.

La eficacia de una bolsa de carbón colocada, de forma pasiva, en una zona del acuario con un alto paso de agua es mucho menos eficaz de lo que solemos pensar. Difícilmente el agua va a penetrar en la profunda e intrincada red de microporos del carbón activado cuando nada le impide fluir libremente.

• No es aconsejable utilizar el carbón activado de forma continuada para evitar algunas de los efectos menos deseables de su uso.

Podemos alternar periodos en los que lo usemos con otros en los que no lo hagamos y no es necesario que estos sean iguales. Es aconsejable que durante el tiempo en el que lo estemos utilizando aditemos elementos traza, especialmente iodo, hierro, flúor, bromo y otros, en mayor cantidad que lo hacemos cuando no lo estemos usando.

• En ningún caso deberíamos mantenerlo en uso más de 4 semanas en acuarios de agua salada, especialmente si son acuarios de arrecife, y 2 meses en el caso de acuarios de agua dulce.
• Antes de introducir el carbón en el acuario debemos aclararlo suavemente para eliminar el polvo. Para ello es conveniente utilizar agua de osmosis o del mismo acuario. Si utilizamos agua del grifo esta debe ser previamente declorada para evitar que el cloro aumente la polaridad de la superficie del carbón disminuyendo su capacidad de adsorber moléculas orgánicas y aumentando la de adsorber iones como, por ejemplo, elementos traza. También puede ser aconsejable hervirlo o sumergirlo en agua del acuario durante 2 o 3 días para que pierda parte del aire presente en el interior de sus poros y que impediría al agua llegar hasta ellos.
• Debemos guardar el carbón activado protegido al máximo del aire porque una larga exposición al oxígeno produce un fenómeno conocido por “envejecimiento”, por el cual disminuye mucho la capacidad de adsorción de moléculas orgánicas.

• ¿Cómo sabemos que carbón activado debemos comprar?

• Como norma general no debemos comprar carbones activados de muy bajo precio porque corremos el riesgo de introducir en el acuario, elementos indeseables como fosfatos, cobre, cinc, etc. También podemos sufrir variaciones apreciables del pH del agua de nuestro acuario.
• Debemos descartar carbones con un alto brillo porque esto significa que en su superficie hay tan pocos poros que la luz que incide sobre ellos se ve reflejada. Desgraciadamente, aunque los fabricantes de carbones activados proporcionan una gran información sobre sus productos la mayoría de las marcas que los distribuyen en el sector de la acuariofilia apenas nos los trasladan a los aficionados y profesionales.
• En acuarios de arrecife en los que se quieran mantener una situación de nutrientes muy bajos se debe evitar usar carbones que hayan sido activados con ácido fosfórico y que por lo tanto puedan liberar fosfatos. Para saber si un carbón activado libera fosfatos podemos hacer una pequeña prueba con un test de fosfatos; pongamos en la probeta del test la cantidad de agua destilada necesaria según el fabricante, añadamos los reactivos y después de agitarlos echemos unos pocos granos de carbón; si de estos se desprenden unos hilillos azules es una prueba de que están liberando fosfatos.
• Debemos evitar carbones granulares o en pellets de gran tamaño porque estos tienen una menor superficie externa y son menos eficaces.

 Vamos a ver a continuación algunos de los tipos de carbón activado que podemos encontrar en el mercado español:

MARCA

PRODUCTO

VOLUMEN

PESO

TRATA

GRANULOM.

Ph

Flujo recom.

CAMBIO

ORIGEN

TIPO

SUP. UTIL

DULCE

MARINO

CON MALLA

PO4

CARACTERISTICAS

AQUA MEDIC

CARBOLIT

500 grs.

4 mm.

NEUTRO

PELLET

SI

SI

AQUAFOREST

CARBON

1000 ml.

0,5-1 ml./ lt.

8 SEMANAS

GRANULAR

SI

SI

SI

CALIDAD ALIMENTARIA

ATI

CARBOPLUS

1000 ml.

3,3 mm.

PELLET

950 m2 / gr.

SI

SI

ELIMINA ACIDO URICO Y PROTEINAS

DVH

AQUACHART

1000 ml.

1,25 ml./lt.

3-6 MESES

MADERA

32 m2 / gr. ?

SI

SI

ESTABILIZA Ph, NH3, NO2 Y NO3. CARGA NEGATIVA

EHEIM

AKTIVKHOLE

APROX. 1000 ml.

560 grs.

4 SEMANAS

PELLET

1200 m2/ gr.

SI

SI

NO

ACTIVADO CON ACIDO

FAUNA MARIN

CARB-L

1000 ml.

4 SEMANAS

LIGNITICO

PELLET

SI

SI

MUY BAJO

FORMULADO PARA USO CONTINUO. ACTIVADO POR VAPOR

FRITZ

PRO AQUATICS AC

226 grs.

320 lts.

BITUMINOSO

FRITZ

PRO AQUATICS AP

793 grs.

1031 lts.

GROTECH

ACTIV CARBON REEF

1000 ml.

1 gr./lt.

GRANULAR

SI

SI

GROTECH

COCO CARBON

1000 ml.

0,5 grs./ lt.

SUMERGIRLO 2-3 DIAS ANTES DE USARLO

HOBBY

CARBON SUPERAKTIV

500 grs.

VEGETAL

PELLET

900 m2/ gr.

SI

NO

NO

NYOS

ACTIV CARB

1000 ml.

0,5 a 1 ml./lt.

NEUTRO

SI

SI

MUY BAJO

ACTIVADO POR VAPOR

RED SEA

REEF SPEC CARBON

500 ml

250 grs.

0,5 grs./ 2 lts.

0,6-2,3 mm

> 8

800-1600 L/H

1,5-2 meses

1000 m2/GR.

SI

SI

SI

0,0000001 gr/ml?

RED SEA

REEF SPEC CARBON

1000 ml.

500 grs.

0,5 grs./ 2 lts.

0,6-2,3 mm

> 8

800-1600 L/H

1,5-2 meses

1000 m2/GR.

SI

SI

SI

0,0000001 gr/ml?

REEFLOWERS

DETOX-S 1200

1000 ml.

660 grs.

0,75 ml./ lt.

PELLET ESFERICO

SI

SI

SI

POI 0,9

CON IONES DE PLATA BACTERIOSTATICOS

REEFLOWERS

DETOX-G 1100

1000 ml.

790 grs.

0,90 ml./ lt.

SI

SI

POI 1,8

SEACHEM

MATRIX CARBON

500 ml

0,6 ml./lt.

BITUMINOSO

PELLET ESFERICO

MUY BAJO

SEACHEM

MATRIX CARBON

1000 ml.

0,6 ml./lt.

BITUMINOSO

PELLET ESFERICO

MUY BAJO

TRITON

CARBON ACTIVADO

1000 ml.

1 ml. / lt.

2-6 SEMANAS

HULLA ?

SI

LAVAR CON AGUA DE OSMOSIS

TUNZE

FILTER CARBON

700 ml.

NEUTRO

1000 m2 / gr.

EVITA SUBIDAS DE NO3 Y PO4

TWO LITTLE FISHES

HYDROCARBON 2

1000 ml.

1 ml./ 1,6 lts.

GRANULAR

SI

NO

TWO LITTLE FISHES

HYDROCLEAR

200 grs.

1 ml./ 1,6 lts.

GRANULAR

SI

NO

200 grs. De HYDROCARBON 2 YA LAVADO Y EN MALLA

VERTEX

ROX O,8

1000 ml.

NEUTRO

PELLET FINOS

1.225 m2 / gr.

SI

NO

YA VIENE LAVADO. ACTIVADO CON CLH

ZEOVIT

AKTIVKHOLE

1000 ml.

1 ml./lt.

 Referencias:

– Manual del carbón activo. E.U. politécnica U. Sevilla.

– Activated Carbon Adsorption, Chand and Goyal, Taylor Francis (2005)

– Captive SeawaterFishes: Sciende and Technology, Stephen Spotte (1992)

– The Reef Aquarium: Science, Art and Technology, J. Charles Delbek and Julian Sprung.

– El carbón activado y sus propiedades, Biblioteca digital de la Universidad de Sonora (Méjico).

– EPA: A Citizen´s Guide to Activated Carbon Treatment

Manuel Sáez Moreno, Abril 2022