Le charbon actif une matière première naturelle

La substance naturelle du charbon actif est raffinée par CARBONIT selon un procédé unique et breveté au niveau international. Toutes les matières premières traitées par CARBONIT font l'objet d'un contrôle des résidus et d'un suivi LGA. Ils répondent aux normes européennes strictes pour les filtres à eau. La technologie de pointe garantit des performances inégalées. Les filtres à eau CARBONIT combinent une finesse de filtration exceptionnelle allant jusqu'à 0,45 µm avec l'effet d'adsorption élevé du charbon actif. Comme l'eau de source du robinet. Pas de transport de boîtes à eau lourdes.

Le charbon actif est un matériau à base de matières premières naturelles, qui lie les composés chimiques et les molécules en raison de sa structure poreuse et de la surface interne extrêmement grande qui en résulte. Le charbon actif est traditionnellement utilisé dans de nombreux procédés de l'industrie chimique. En raison de ses propriétés d'adsorption élevées, il est principalement utilisé pour nettoyer l'air d'échappement, l'eau potable et les eaux usées, ainsi que dans la technologie alimentaire, la pharmacie et la chimie.

Les matières premières pour la production de charbon actif sont des matières premières contenant du carbone telles que le bois, la tourbe, le lignite, la houille, les noyaux de fruits ou les coques de noix de coco. Cependant, d'autres matériaux contenant du carbone, tels que les déchets plastiques ou les produits pétroliers, peuvent également être transformés en charbon actif en raison de leur forte teneur en carbone. Ces matériaux carbonés sont obtenus de manière similaire à la fabrication du charbon de bois puis, comme leur nom l'indique, activés. Ce processus d'activation augmente les propriétés d'adsorption du charbon de bois et conduit à une amélioration des performances de nettoyage par rapport au charbon de bois conventionnel.

Le charbon actif est constitué d'un réseau cristallin d'atomes de carbone disposé de manière irrégulière. Ces plans de réseau décalés de manière aléatoire conduisent à une structure très poreuse et donc à une grande surface interne. Il peut être de l'ordre de 500 à 1500 mètres carrés par gramme pour le charbon actif disponible dans le commerce.

A titre de comparaison : 4 à 5 grammes de charbon actif couvrent la surface de tout un terrain de foot. La surface interne du charbon actif est caractérisée par le système de pores, c'est-à-dire en termes simples, une distinction est faite entre les pores de tailles ou de diamètres différents. Une distinction est faite entre les macropores (les pores d'alimentation à l'intérieur du grain) et les pores d'adsorption (c'est-à-dire les pores dans lesquels s'effectue la fixation effective des molécules à la surface interne).

La structure du système de pores influence le transport des substances absorbantes du bord du grain vers l'intérieur du grain ainsi que les propriétés d'adsorption de la substance respective à la surface.

Propriétés de surface du charbon actif

Outre la structure des pores, les propriétés chimiques de la surface ont également une influence décisive sur la capacité d'adsorption du charbon actif. Compte tenu de l'abondance d'impuretés qui peuvent se trouver dans l'eau ou dans l'air, dans la pratique, les performances de nettoyage du charbon actif sont orientées vers des groupes de substances très spécifiques. Une sélection de substances problématiques, comme cela peut se produire dans l'exemple de la purification de l'eau potable, est répertoriée ci-dessous :

odeurs et saveurs,

• Couleurs,
• les hydrocarbures pétroliers,
• les hydrocarbures organiques halogénés,
• hydrocarbures organiques,
• chlore, dioxyde de chlore, ozone, permanganate,
• métaux lourds,
• nitrate d'ammonium,
• agents pharmaceutiques.

Étant donné que chacun de ces composés a un comportement d'adsorption et une capacité de liaison différents en raison de sa composition chimique, les propriétés physiques telles que la taille des grains et des pores sont combinées avec les propriétés chimiques de la surface. En fin de compte, cela conduit à des performances de nettoyage optimales dans l'application respective.

adsorption

L'adsorption est un processus par lequel des substances s'accumulent sur une surface (Fig. B). Deux types d'adsorption sont connus. D'une part, on parle d'adsorption physique, qui est principalement causée par les forces de van der Waal. La force de van der Waals est une force d'attraction très faible, mais elle est suffisante pour retenir (adsorber) des molécules ou des atomes sur une surface en raison de leur charge. Cette force est réversible, c'est-à-dire que si une force plus forte se produit, par exemple un mouvement brownien lorsque la température augmente, la substance adsorbée peut être à nouveau dissoute. La situation est différente avec l'adsorption chimique, également appelée chimisorption. Comme pour toutes les réactions chimiques, une énergie d'activation doit être surmontée ici, de sorte que la substance interférente (adsorbant) forme une liaison chimique avec la surface du charbon actif (adsorbant). La chimisorption est plus forte dans sa liaison que l'adsorption physique. En principe, cependant, cela peut également conduire à une désorption (redissolution) des substances ici si les forces de liaison d'autres groupes de substances sont plus prononcées. Si la capacité (capacité d'absorption des polluants) d'un filtre à charbon actif est épuisée, on parle de filtre chargé. Cependant, les filtres chargés ne doivent pas nécessairement être éliminés. Le charbon actif contenu dans le filtre peut souvent être régénéré en éliminant les substances adsorbées de la surface du charbon actif. Ce processus de désorption (c'est-à-dire le processus d'adsorption inverse) peut, par. B. être effectué par une réduction de pression ou une augmentation de température. Cependant, après des désorptions répétées ou lors de l'adsorption de substances difficiles à désorber, le charbon actif chargé doit être complètement réactivé.Le charbon actif chargé passe alors par un nouveau processus d'activation, bien que plus court, dans le but de remonter la surface interne vers le haut. niveau d'origine. Une autre façon de régénérer le charbon actif chargé est l'extraction. Les substances adsorbées sont éliminées de la surface du charbon à l'aide d'un solvant organique. Cependant, les micro-organismes peuvent également régénérer le charbon actif (macroporeux) en dégradant biologiquement des composés organiques facilement désorbables. Le charbon actif régénéré est utilisé en particulier dans des applications industrielles, par exemple dans les imprimantes, dans la technologie alimentaire, traitement de l'eau potable et traitement des eaux usées. Les substances précieuses peuvent souvent être récupérées par désorption, comme le prouve la récupération par adsorption du toluène dans les imprimeries, dans laquelle le toluène récupéré de l'air d'échappement est réinjecté dans le processus d'impression.

Méthode de production

Le charbon actif peut être fabriqué à partir de presque n'importe quel matériau carboné. Ces charges peuvent se présenter sous forme non carbonisée ainsi que sous forme de charbons et de cokes. Le principe de base de l'activation consiste à décomposer sélectivement une partie du carbone dans des conditions appropriées. La dégradation sélective signifie que la fuite de substances volatiles crée de nombreux pores, crevasses et fissures dans lesquels l'adsorption de substances peut avoir lieu. Il existe deux méthodes de production de charbon actif : l'activation chimique et l'activation par gaz. Lors de l'activation chimique, les matières premières non carbonisées telles que la tourbe ou la sciure de bois sont traitées avec un agent déshydratant (éliminant l'eau), par exemple du chlorure de zinc ou de l'acide phosphorique. mélangé puis activé à des températures de 400 à 600 °C. Cela produit principalement du charbon actif à pores grossiers, qui, en raison de ses propriétés, peut être utilisé, par exemple, pour décolorer des liquides.

La deuxième variante est l'activation au gaz. En général, des produits naturels déjà carbonisés tels que le charbon de bois, le coke de tourbe, le coke de noix de coco, la houille ou le lignite sont utilisés. Même avant l'activation, ceux-ci présentent quelques petits pores et donc une surface d'adsorption initiale, bien que peu prononcée.Le processus d'activation augmente considérablement le nombre de pores et donc la taille de la surface. L'activation est effectuée à des températures de 700 à 1000 °C en utilisant de la vapeur et du dioxyde de carbone. La vapeur d'eau et le dioxyde de carbone conduisent à une oxydation partielle du carbone non cristallin notamment. Dans le processus, les produits de type goudron qui obstruent les pores fins sont expulsés et la charpente en carbone est largement exposée. Les pores souhaités pour un charbon actif à pores fins sont maintenant formés à l'intérieur de la matière première. L'activation nécessitant une température élevée, l'utilisation de fours rotatifs, à étages ou à cuve s'est imposée dans l'industrie. Le charbon actif et sa distribution de pores peuvent être adaptés ici pour les différentes applications.

Le charbon actif est vendu sous forme de poudre, de granulés ou de charbon moulé. Dans la production de charbon moulé, par exemple pour les filtres à eau (filtres à blocs de charbon actif), le produit semi-fini carbonisé est pulvérisé, activé puis mélangé avec un liant et extrudé ou fritté selon les besoins. Le charbon de bois, d'une taille de quelques millimètres, est disponible sous forme de particules brisées ou de granulés en forme de bâtonnets. Le charbon est utilisé dans des cuves adsorbantes à travers lesquelles passe le flux de gaz ou de liquide à nettoyer. Le charbon actif cassé aux arêtes vives est de préférence utilisé pour la purification de l'eau. Grâce à sa conception compacte, un filtre à bloc de charbon actif remplace les volumineux lits de charbon en poudre en vrac. La capacité d'absorption pour l'accumulation de substances indésirables est également considérablement augmentée et la tendance à libérer des substances une fois qu'elles se sont accumulées (ce que l'on appelle l'effet chromatographique) est plus faible. En plus de l'adsorption physico-chimique, les filtres blocs à pores fins avec une finesse de filtration élevée ont également de bonnes propriétés de filtration mécanique contre les particules et les micro-organismes.

traitement de l'eau potable

L'eau potable est généralement obtenue à partir des aquifères, mais aussi dans les régions avec peu d'eau souterraine, par exemple à partir du filtrat des berges des rivières. Une grande partie des composés et des impuretés que les humains libèrent dans la nature sont biologiquement dégradés lorsqu'ils s'infiltrent à travers les bactéries du sol. Néanmoins, les valeurs limites légales sont dépassées à plusieurs reprises, ce qui signifie que l'eau obtenue doit être traitée avant d'être injectée dans le réseau d'eau potable. Les filtres utilisés pour cela sont appelés filtres monocouches ou multicouches.

Les filtres monocouches sont entièrement constitués d'un seul matériau filtrant, tandis que les filtres multicouches sont constitués d'une combinaison de différents matériaux filtrants. Les filtres multicouches sont généralement constitués d'une couche (par exemple du sable) pour retenir les particules grossières et d'une couche de charbon actif. Étant donné que, selon la loi, les fournisseurs ne garantissent la qualité de l'eau potable que jusqu'au raccordement domestique, les filtres à eau potable sont également de plus en plus utilisés dans le secteur privé.

Ces filtres ont pour mission d'éliminer les éventuelles particules, bactéries, odeurs et saveurs ainsi que les métaux lourds qui auraient pu pénétrer dans le réseau de canalisations. Il peut aussi arriver que les polluants ne soient pas totalement retenus dans les canalisations. Il peut s'agir de pesticides, de résidus de médicaments ou même de substances hormonales qui pénètrent dans les eaux souterraines par une pénétration diffuse et traversent les canalisations sans encombre. Des installations domestiques inadaptées ou vétustes peuvent libérer des métaux lourds dans l'eau potable. Les ions de métaux lourds peuvent être dissous si les différentes propriétés locales de l'eau potable ne sont pas suffisamment prises en compte lors de la sélection des matériaux des tuyaux. Ce sont des ions des éléments cuivre, nickel, zinc et plomb. Dans tous ces cas, il est conseillé d'installer un filtre à charbon actif directement devant le point de puisage de l'eau potable, qui peut éliminer ces métaux lourds, résidus de médicaments et pesticides de l'eau potable (Fig. F). Les minéraux, sels et oligo-éléments indispensables à l'organisme humain restent intacts. En raison de leur petite taille et de leur bonne mobilité, ils traversent le filtre et sont donc également disponibles après filtrage.