Carbone attivo una materia prima naturale
La materia naturale carbone attivo viene raffinata da CARBONIT tramite un processo unico e brevettato a livello internazionale. Tutte le materie prime lavorate da CARBONIT sono controllate per residui e monitorate da LGA. Esse rispettano rigorose norme europee per i filtri d'acqua. La tecnologia più moderna garantisce prestazioni incomparabili. I filtri d'acqua CARBONIT combinano una straordinaria finezza di filtrazione fino a 0,45 µm con l'elevata capacità di adsorbimento del carbone attivo. Come acqua di sorgente dal rubinetto. Nessun trasporto di pesanti casse d'acqua.
Il carbone attivo è un materiale basato su materie prime naturali, che grazie alla sua struttura porosa e alla conseguente superficie interna estremamente ampia lega composti chimici e molecole. Il carbone attivo trova applicazione tradizionale in molti processi dell'industria chimica. Grazie alla sua elevata proprietà adsorbente viene principalmente utilizzato nella purificazione di aria di scarico, acqua potabile e acque reflue, nonché nella tecnologia alimentare, nella farmacia e nella chimica.
Le materie prime per la produzione di carbone attivo sono materiali contenenti carbonio come legno, torba, lignite, carbone fossile, noccioli di frutta o gusci di cocco. Ma anche altri materiali contenenti carbonio, come rifiuti di plastica o prodotti petroliferi, possono essere trasformati in carbone attivo grazie all'elevata percentuale di carbonio. Questi materiali contenenti carbonio vengono ottenuti in modo simile alla produzione di carbone di legna e successivamente, come suggerisce il nome, attivati. Questo processo di attivazione aumenta la proprietà adsorbente del carbone e porta a un miglioramento delle prestazioni di pulizia rispetto al carbone di legna tradizionale.
Il carbone attivo è costituito da una rete cristallina irregolarmente disposta di atomi di carbonio. Questi piani reticolari spostati casualmente portano a una struttura molto porosa e quindi a una grande superficie interna. Nel carbone attivo commerciale può variare da 500 a 1500 metri quadrati per grammo.
Per confronto: 4-5 grammi di carbone attivo contengono la superficie di un intero campo da calcio. La superficie interna del carbone attivo è caratterizzata dal sistema poroso, semplificando si distinguono pori di diverse dimensioni o diametri. Si differenziano così i macropori (i pori di accesso all'interno del granulo) e i pori di adsorbimento (cioè i pori in cui avviene il vero e proprio deposito delle molecole sulla superficie interna).
La struttura del sistema poroso influenza il trasporto dell'assorbente dal bordo del granulo all'interno del granulo così come la proprietà di adsorbimento della sostanza sulla superficie.
Proprietà superficiali del carbone attivo
Oltre alla struttura porosa, la proprietà chimica della superficie ha un ulteriore influsso decisivo sulla capacità di adsorbimento del carbone attivo. Data la moltitudine di impurità che possono verificarsi nell'acqua o nell'aria, nella pratica le prestazioni di pulizia del carbone attivo sono orientate a gruppi specifici di sostanze. Di seguito viene citata una selezione di sostanze problematiche che possono verificarsi ad esempio nella purificazione dell'acqua potabile:
-
Sostanze di odore e sapore,
-
Coloranti,
-
Idrocarburi minerali,
-
Idrocarburi organici alogenati,
-
Idrocarburi organici,
-
Cloro, diossido di cloro, ozono, permanganato,
-
Metalli pesanti,
-
Ammonio, nitrato,
-
Principi attivi farmaceutici.
Poiché ciascuno di questi composti presenta un comportamento di adsorbimento e capacità di legame differenti a causa della loro composizione chimica, le proprietà fisiche come la dimensione del granulo e dei pori vengono combinate con le proprietà chimiche della superficie. Ciò porta infine a prestazioni di pulizia ottimali nel rispettivo caso d'uso.
Adsorbimento
Con adsorbimento si indica un processo in cui le sostanze si depositano su una superficie (fig. B). Sono noti due tipi di adsorbimento. Da un lato si parla di adsorbimento fisico, causato principalmente dalle forze di van der Waals. La forza di van der Waals è una forza di attrazione piuttosto debole, ma sufficiente a trattenere molecole o atomi sulla superficie a causa della loro carica (adsorbire). Questa forza è reversibile, cioè se si verifica una forza più forte, ad esempio il moto molecolare browniano con l'aumento della temperatura, la sostanza adsorbita può essere nuovamente rilasciata. Diversamente si comporta l'adsorbimento chimico o chemisorption. Qui, come in tutte le reazioni chimiche, è necessario superare un'energia di attivazione affinché la sostanza inquinante (adsorptivo) formi un legame chimico con la superficie del carbone attivo (adsorbente). La chemisorption è più forte nel legame rispetto all'adsorbimento fisico. In linea di principio, anche qui può verificarsi una desorbimento (rilascio) delle sostanze se le forze di legame di altri gruppi di sostanze sono più forti. Quando la capacità (capacità di assorbimento di sostanze nocive) di un filtro a carbone attivo è esaurita, si parla di filtro carico. Tuttavia, i filtri caricati non devono necessariamente essere smaltiti. Spesso il carbone attivo contenuto nel filtro può essere rigenerato rimuovendo le sostanze adsorbite dalla superficie del carbone attivo. Questo processo di desorbimento (cioè il processo inverso dell'adsorbimento) può essere indotto ad esempio mediante una riduzione della pressione o un aumento della temperatura. Dopo più cicli di desorbimento o in caso di adsorbimento di sostanze difficili da desorbire, il carbone attivo carico deve però essere completamente riattivato. In questo processo il carbone attivo carico attraversa nuovamente un processo di attivazione – seppur più breve – con l'obiettivo di riportare la superficie interna al livello originale. Un'altra possibilità per rigenerare il carbone attivo carico è l'estrazione. In questo caso le sostanze adsorbite vengono rimosse dalla superficie del carbone con l'aiuto di un solvente organico. Anche i microrganismi possono rigenerare il carbone attivo (macroporoso) degradando biologicamente composti organici facilmente desorbibili. In particolare nelle applicazioni industriali si utilizzano carboni attivi rigenerati, ad esempio nelle tipografie, nella tecnologia alimentare, nel trattamento dell'acqua potabile e nella depurazione delle acque reflue. Spesso attraverso la desorbimento si possono recuperare sostanze preziose, come dimostra il recupero adsorbente di toluene nelle tipografie, dove il toluene recuperato dall'aria di scarico viene reimmesso nel processo di stampa.
Processo di produzione
Il carbone attivo può essere prodotto quasi da qualsiasi materiale contenente carbonio. Queste materie prime possono essere sia in forma non carbonizzata sia sotto forma di carboni e coke. Il principio base dell'attivazione consiste nel degradare selettivamente una parte del carbonio in condizioni adeguate. La degradazione selettiva provoca la formazione di numerosi pori, fessure e crepe attraverso la fuga di sostanze volatili, in cui può avvenire l'adsorbimento di sostanze. Nella produzione di carbone attivo si distinguono due metodi: l'attivazione chimica e l'attivazione a gas. Nell'attivazione chimica, materie prime non carbonizzate come torba o segatura vengono miscelate con un agente disidratante (che toglie acqua), ad esempio cloruro di zinco o acido fosforico, e successivamente attivate a temperature di 400 - 600 °C. Si ottengono principalmente carboni attivi grossolani, che per le loro proprietà possono essere utilizzati ad esempio per la decolorazione di liquidi.
La seconda variante è l'attivazione a gas. In questo caso si utilizzano generalmente prodotti naturali già carbonizzati come carbone di legna, coke di torba, coke di gusci di cocco, carbone fossile o lignite. Questi possiedono già prima dell'attivazione pochi piccoli pori e quindi una prima, seppur poco sviluppata, superficie adsorbente. Attraverso il processo di attivazione il numero di pori e quindi la dimensione della superficie viene notevolmente aumentata. L'attivazione avviene a temperature di 700 - 1000 °C e con l'uso di vapore acqueo e anidride carbonica. Il vapore acqueo e l'anidride carbonica portano a una parziale ossidazione soprattutto del carbonio non cristallino. In questo modo vengono espulsi prodotti catramosi che ostruiscono i pori fini e lo scheletro di carbonio viene ampiamente liberato. All'interno della materia prima si formano ora i pori desiderati per un carbone attivo finemente poroso. Poiché l'attivazione richiede alte temperature, nell'industria si sono affermati forni a tamburo rotante, a piani o a pozzo. Qui i carboni attivi e la loro distribuzione porosa possono essere personalizzati per i diversi casi d'uso.
Il carbone attivo viene commercializzato come polvere o carbone granulare o carbone formato. Nella produzione di carbone formato, ad esempio per filtri d'acqua (filtri a blocco di carbone attivo), il semilavorato carbonizzato viene polverizzato, attivato e quindi miscelato con un legante e, a seconda delle necessità, estruso o sinterizzato. Il carbone granulare di qualche millimetro è disponibile come particelle frantumate o come pastiglie a forma di bastoncino. Il carbone granulare viene utilizzato in contenitori adsorbenti attraverso cui passa il flusso di gas o liquido da purificare. Il carbone attivo frantumato e con bordi taglienti è preferito per la purificazione dell'acqua. Grazie alla sua struttura compatta, un filtro a blocco di carbone attivo sostituisce ingombranti letti sciolti di carbone in polvere. Inoltre la capacità di assorbimento di sostanze indesiderate è notevolmente aumentata e la tendenza a rilasciare sostanze una volta adsorbite (cosiddetto effetto cromatografico) è minore. Nei filtri a blocco finemente porosi con alta finezza di filtrazione, oltre all'adsorbimento chimico-fisico, è presente anche una buona capacità di filtrazione meccanica contro particelle e microrganismi.
Trattamento dell'acqua potabile
L'acqua potabile viene solitamente prelevata da falde acquifere, ma anche in regioni povere di acqua sotterranea ad esempio dal filtrato di riva dei fiumi. Una grande parte dei composti e delle sostanze inquinanti che l'uomo immette in natura viene biologicamente degradata dai batteri del suolo durante l'infiltrazione. Tuttavia si verificano sempre superamenti dei limiti di legge che portano a dover trattare l'acqua prelevata prima dell'immissione nella rete di distribuzione dell'acqua potabile. I filtri utilizzati a questo scopo si chiamano filtri a strato singolo o a strati multipli.
I filtri a strato singolo sono costituiti completamente da un solo materiale filtrante, mentre i filtri a strati multipli sono composti da una combinazione di diversi materiali filtranti. I filtri a strati multipli sono solitamente costituiti da uno strato (ad esempio sabbia) per trattenere particelle grossolane e uno strato di carbone attivo. Poiché i fornitori secondo la legge garantiscono la qualità dell'acqua potabile solo fino al punto di allacciamento domestico, anche nel settore privato si utilizzano sempre più filtri per acqua potabile.
Questi filtri hanno il compito di eliminare eventuali particelle, batteri, sostanze di odore e sapore nonché metalli pesanti introdotti dalla rete di tubazioni. Può anche accadere che sostanze nocive non vengano completamente trattenute nell'impianto di potabilizzazione. Queste possono essere pesticidi, residui di medicinali o addirittura sostanze ormonali che, attraverso un apporto diffuso, raggiungono la falda acquifera e passano indisturbate l'impianto di potabilizzazione. Impianti domestici inadatti o obsoleti possono rilasciare metalli pesanti nell'acqua potabile. Se nella scelta dei materiali per le tubazioni non si considera adeguatamente la diversa composizione locale dell'acqua potabile, possono essere rilasciati ioni di metalli pesanti. Si tratta di ioni degli elementi rame, nichel, zinco e piombo. In tutti questi casi è consigliabile installare direttamente prima del punto di prelievo dell'acqua potabile un filtro a carbone attivo che possa rimuovere questi metalli pesanti, residui di medicinali e pesticidi dall'acqua potabile (fig. F). I minerali, i sali e gli oligoelementi essenziali per l'organismo umano rimangono invece intatti. Essi passano attraverso il filtro grazie alle loro piccole dimensioni e buona mobilità e sono quindi disponibili anche dopo la filtrazione.
Rimani aggiornato con altri consigli e fatti sul tema qualità dell'acqua e filtri per acqua – qui nel nostro blog bluaqua!
