Carbone attivo
Il carbone attivo è un materiale contenente principalmente carbonio amorfo e avente una struttura altamente porosa ed elevata area specifica (cioè elevata area superficiale per unità di volume).
Grazie all’elevata area specifica il carbone attivo è in grado di trattenere al suo interno molte molecole di altre sostanze, potendo accomodare tali molecole sulla sua estesa area superficiale interna; in altre parole, il carbone attivo è un materiale che presenta elevate capacità adsorbenti.
Il carbone attivo è utilizzato nell’ambito della filtrazione, purificazione, deodorizzazione e decolorazione di fluidi.
Produzione
La produzione parte da materie prime ad elevato tenore di carbonio (quali ad esempio legno, carbone, torba, gli involucri della noce di cocco).
Esistono due metodi di produzione del carbone attivo:
attivazione chimica: si usa generalmente per segatura e torba ed è basata sull’azione deidratante di alcuni composti chimici (come per esempio l’acido fosforico o il cloruro di zinco). La temperatura a cui avviene è compresa tra i 400 e i 1000 °C. Dopo la rimozione dell’agente chimico attraverso un’estrazione resta la struttura porosa del carbone attivato;
attivazione a gas: viene usata una miscela gassosa contenente ossigeno o anidride carbonica. Alla temperatura di 800-1000 °C alcuni dei materiali di partenza si decompongono producendo numerosi pori estremamente piccoli e cricche.
La resa dipende dal grado di attivazione: un alto grado di attivazione è associato ad una bassa resa, che può essere compresa tra il 20 e il 60%. La produzione di carbone attivo può essere fatta in forni rotativi, fornaci multiple, fornaci ad albero verticale o del tipo a letto fluido. I più usati sono i forni rotativi, adatti alla produzione di particelle di dimensioni che vanno dalla polvere al materiale granulare ai pellet cilindrici.
Tipologie
Il carbone attivo si trova in due forme:
- il carbone attivo granulare (o GAC – Granular activated carbon): è formato da particelle di dimensioni paragonabili a quelle della sabbia (circa 0,8 mm) ed è utilizzato nel caso in cui sia necessario un materiale con pori piccoli e superficie specifica elevata;
- il carbone attivo in polvere (o PAC – Powdered activated carbon): è formato da particelle più minute ed è utilizzato nel caso in cui sia necessario un carbone attivo con pori più grandi e sia sufficiente una superficie specifica minore.
Proprietà
La proprietà principale del carbone attivo è l’elevata superficie specifica (da 500 a 2500 m2/g), dovuta alla sua elevata porosità.
Un grammo di carbone attivo presenta una superficie equivalente a quella di un campo di calcio.
I pori si suddividono in:
- macropori: con diametri > 50 nm;
- mesopori: con diametri compresi tra 2 e 50 nm;
- micropori: con diametro < 2 nm.
Potere adsorbente
Il potere di adsorbimento del carbone attivo viene valutato in base ad alcuni indici specifici come l’indice di benzene, l’indice di melasso (indicativo della capacità del carbone di adsorbire sostanze ad elevato peso molecolare), indice di iodio (indicativa della proprietà del carbone di adsorbire composti organici a basso peso molecolare), indice di blu di metilene (indicativo dell’attività del carbone con particolare riferimento alla sua microporosità).
Utilizzi
I principali utilizzi del carbone attivo sono:
- decolorazione (ad esempio nell’industria alimentare);
- trattamento degli avvelenamenti come adsorbente delle tossine;
- trattamento delle acque reflue industriali;
- potabilizzazione dell’acqua (ad esempio negli acquedotti);
- recupero di solventi;
- supporto per catalizzatori;
- trattamento aria;
- eliminazione di antibiotici e fungicidi negli acquari, dopo il trattamento della durata prevista (spesso dalle 2 alle 4 settimane).
Rigenerazione
L’accumulo di inquinanti sulla superficie del carbone attivo determina la perdita graduale del potere di adsorbimento fino al suo annullamento.
A questo punto il carbone attivo esausto deve essere sostituito oppure rigenerato attraverso un processo di rigenerazione che fa riacquistare al carbone le proprietà adsorbenti.
La rigenerazione può avvenire mediante:
- metodo chimico che prevede l’utilizzo di reattivi chimici per l’ossidazione delle sostanze organiche adsorbite o la loro estrazione con solventi;
- flusso di vapore o di gas inerte a temperature relativamente alte per l’allontanamento delle sostanze volatili adsorbite;
- processi di rigenerazione biologica;
- processi termici, attuati attraverso il riscaldamento del materiale in forni rotanti ad atmosfera controllata fino a temperature di 800-900 °C.
Il metodo più efficace è la riattivazione cioè quello termico ad alte temperature (850-2500 °C).
Valuta
Fonte: it.wikipedia.org