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ⓘ Carbone attivo




Carbone attivo
                                     

ⓘ Carbone attivo

Il carbone attivo è un materiale contenente principalmente carbonio amorfo e avente una struttura altamente porosa ed elevata area specifica.

Grazie allelevata area specifica il carbone attivo è in grado di trattenere al suo interno molte molecole di altre sostanze, potendo accomodare queste 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 nellambito della filtrazione, purificazione, deodorizzazione e decolorazione di fluidi.

                                     

1. Cenni storici

Le proprietà depuranti del carbone erano conosciute già dallantichità. Per esempio in India il carbone di legna veniva usato per potabilizzare lacqua mentre in Egitto come adsorbente medico e agente depurante.

In tempi recenti negli Stati Uniti il carbone attivo da cenere nera fu utilizzato in campo industriale come decolorante di liquidi es. industrie tessili.

In campo potabile le prime applicazioni risalgono al 1800 in Inghilterra dove veniva utilizzato per rimuovere gli odori dallacqua trattata.

                                     

2. 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 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.
  • attivazione chimica: si usa generalmente per segatura e torba ed è basata sullazione deidratante di alcuni composti chimici, come per esempio lacido fosforico o il cloruro di zinco. La temperatura a cui avviene è compresa tra i 400 e i 1000 °C. Dopo la rimozione dellagente chimico attraverso unestrazione resta la struttura porosa del carbone attivato;

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.

                                     

3. Tipi

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 più grandi e superficie specifica minore;
  • 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 piccoli e sia necessaria una superficie specifica maggiore.
                                     

4. Proprietà

La proprietà principale del carbone attivo è lelevata superficie specifica da 500 a 2500 m 2 /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:

  • mesopori: con diametri compresi tra 2 e 50 nm;
  • micropori: con diametro < 2 nm.
  • macropori: con diametri > 50 nm;

Potere adsorbente

Il potere di adsorbimento del carbone attivo viene valutato in base ad alcuni indici specifici come lindice di benzene, lindice di melassa indicativo della capacità del carbone di adsorbire sostanze ad elevato peso molecolare, indice di iodio indicativa della proprietà del carbone di adsorbire composti inorganici ad alto peso molecolare, indice di blu di metilene indicativo dellattività del carbone con particolare riferimento alla sua microporosità.

                                     

5. Utilizzi

I principali utilizzi del carbone attivo sono:

  • decolorazione, ad esempio nellindustria alimentare;
  • trattamento degli avvelenamenti come adsorbente delle tossine Codice ATC: A07BA01;
  • supporto per catalizzatori;
  • trattamento aria ad esempio nei filtri abitacolo, al fine di ridurre eventuali molestie olfattive veicolate dallaria esterna;
  • trattamento delle acque reflue industriali;
  • eliminazione di antibiotici e fungicidi negli acquari, dopo il trattamento della durata prevista spesso dalle 2 alle 4 settimane.
  • potabilizzazione dellacqua, ad esempio negli acquedotti;
  • recupero di solventi;
                                     

6. Rigenerazione

Laccumulo di inquinanti sulla superficie del carbone attivo determina la perdita graduale del potere di adsorbimento fino ad annullarlo. A questo punto il carbone attivo esausto deve essere sostituito oppure rigenerato attraverso un processo di rigenerazione o riattivazione che fa riacquistare al carbone le proprietà adsorbenti.

La rigenerazione può avvenire mediante:

  • metodi chimici, o con reattivi chimici che ossidano le sostanze organiche adsorbite, o con solventi che ne provocano lestrazione;
  • flusso di vapore o di gas inerte tipicamente azoto a temperature relativamente alte 150-220 °C per il desorbimento dei composti organici volatili COV adsorbiti;
  • processi di rigenerazione biologica;
  • processi termici riattivazione, attuati attraverso il riscaldamento del materiale in forni rotanti ad atmosfera controllata per non ossidare il carbone fino a temperature di 800-900 °C, provocando la pirolisi delle sostanze adsorbite.

Il metodo più efficace è lultimo summenzionato, cioè la riattivazione termica ad alte temperature 850-2500 °C, tuttavia comporta la perdita di una parte del carbonio trattato.



                                     
  • potabile dall acqua del mare. La filtrazione con carbone attivo granulare utilizza una forma di carbone attivo con ampia area superficiale che adsorbe molti
  • materiali a struttura non regolare sono per esempio la silice o il carbone attivo mentre i materiali a struttura regolare si dividono ulteriormente in
  • all interno del PLSS, il carbone attivo purifica l aria eliminando gli odori, mentre l idrossido di litio elimina il biossido di carbonio Un sublimatore infine
  • raccordo tra la nuova stazione di Carbonia Stato e la miniera di Serbariu per permettere l inoltro verso Cagliari del carbone estratto in città. Tale raccordo
  • l acciaio, il nero di carbonio nella stampa e negli pneumatici, il carbone attivo nella produzione dello zucchero, nel trattamento delle acque e nei respiratori
  • La nanoschiuma di carbonio è una forma allotropica del carbonio scoperta nel 1997 dal gruppo di ricerca coordinato da Andrei V. Rode alla Università Nazionale
  • deodorizzazione di natura chimica o fisica prodotti adsorbenti quali il carbone attivo che una volta esaurito va smaltito come rifiuto speciale la biofiltrazione
  • diabete, blocco AV, glicosuria, iperglicemia e albuminuria. L uso del carbone attivo risulta inefficace, se si agisce entro poche ore dall avvelenamento

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