Cos’è il carbone attivo?
Il carbone attivo è un carbone altamente poroso, simile ad una spugna, con una superficie interna immensamente grande. La superficie interna e la sua struttura porosa rendono il carbone attivo ideale per rimuovere sostanze indesiderate da vapori o liquidi grazie alla sua capacità di adsorbimento (cioè l’adesione delle particella alla superficie).
A cosa serve il carbone attivo?
Con l’aiuto del carbone attivo vengono filtrati i metalli pesanti come piombo, zinco, rame, nichel o cadmio ecc. Vengono rimossi anche cloro, pesticidi, trialometani, residui di farmaci, ormoni, odori, colori e sapori. Ecco perché non viene utilizzato solo nel trattamento delle acque reflue e dell’acqua potabile, ma anche nella medicina, nella cosmetica, nella chimica e nella tecnologia della ventilazione e del condizionamento dell’aria.
Il carbone attivo è un prodotto naturale e sicuro a contatto con gli alimenti e per la filtrazione dell’acqua, soprattutto se ottenuto da gusci di cocco. Il carbone viene utilizzato anche per colorare il pane, la pizza, il gelato e altri alimenti. Si tratta dello stesso carbone attivo che il medico di famiglia può prescrivere in caso di diarrea, o che viene utilizzato nei cosmetici a beneficio della pelle.
Il carbone attivo costituisce il secondo stadio di filtrazione nei sistemi filtranti Acala,
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Come viene prodotto il carbone attivo?
Il carbone attivo è costituito da diversi materiali contenenti carbonio, come torba, legno, ossa, lignite, carbone bituminoso e gusci di cocco. I filtri per l’acqua Acala utilizzano carbone attivo ad alta tecnologia ricavato da gusci di cocco.
Innanzitutto, il materiale di partenza viene carbonizzato a una temperatura inferiore a 800°C. Il materiale viene poi sottoposto ad un processo di lavorazione che crea una superficie interna estremamente ampia, chiamato “attivazione” (da qui il nome “carbone attivo”).
Il processo di attivazione del carbone attivo
L’attivazione avviene a temperature comprese tra 700 e 1000 °C con vapore acqueo e anidride carbonica, in alcuni casi anche con aria. Durante l’attivazione, parte del carbonio viene convertito in anidride carbonica, creando ulteriori pori e aumentando la superficie.
Viene fatta una distinzione tra attivazione chimica e attivazione gassosa. Durante l’attivazione chimica, una miscela di materiale di partenza non carbonizzato viene trattata con prodotti chimici, principalmente con agenti disidratanti, come cloruro di zinco o acido fosforico, a temperature di 500-900 °C.
Durante l’attivazione del gas, i materiali già carbonizzati, come carbone di legna, coke di torba, ecc. vengono trattati con sostanze chimiche. Come materiali di partenza si utilizzano carbone di legna, coke di torba, coke di cocco, carbon fossile o lignite.
Superficie incredibilmente ampia dopo l’attivazione
La superficie interna di appena 1 g di carbone di partenza è di circa 10 m 2 .
Dopo l’attivazione, 1 g di carbone attivo, ad esempio dal guscio di noce di cocco, può avere una superficie interna di 1000 m 2 o più.
Distribuendo circa 4-5 grammi (circa 1 cucchiaino) di carbone attivo, potresti teoricamente coprire l’intera area di un campo di calcio.
Tipi e proprietà del carbone attivo
Esistono tre tipi di carbone attivo: polvere, granulare e carbone stampato.
Nel caso del carbone in grani le particelle hanno una dimensione di circa 1 mm, mentre in polvere
la dimensione è di circa 0,1 mm. In entrambi i casi la superficie interna ha la stessa dimensione.
Nel caso del carbonio stampato, il semilavorato carbonizzato viene polverizzato, attivato e quindi miscelato con adesivo ed estruso o sinterizzato a seconda delle esigenze. Questo tipo di carbone non è ideale per la filtrazione dell’acqua, perchè è necessaria la pressione per far scorrere l’acqua attraverso questo materiale, reso molto compatto dai materiali adesivi.
Per la filtrazione dell’acqua, il semplice carbone di legna è estremamente efficiente e può essere arrteaversato facilmente dall’acqua, che vi scorre attraverso. Il carbone attivo di questo tipo è utilizzato nei filtri per l’acqua di Acala.
Inoltre, la dimensione delle particelle può influenzare il tasso di adsorbimento, ma non la quantità adsorbita, poiché questa dipende solo dall’area superficiale interna. In base a questo risultato, il carbone granulare è considerato più efficiente per il trattamento dell’acqua rispetto a quello in polvere.
Struttura degli atomi
Con l’aiuto del processo di attivazione, il carbone attivo acquisisce una struttura cristallina irregolare e disordinata degli atomi di carbonio. Questa struttura disordinata presenta un’elevata porosità nella quale si possono legare le sostanze da filtrare.
Questi pori sono classificati in base alle loro dimensioni: macropori (> 50 nm), mesopori (2-50 nm), micropori (1-2 nm) e mini-micropori (< 1 nm*). I micropori sono adatti per molecole più piccole. Il carbone in grani di guscio di cocco ha una superficie interna più ampia e una percentuale maggiore di micropori.
*1 nm nanometro è un milionesimo di millimetro
Capacità di ritenzione del carbone attivo
La misura in cui il carbone attivo assorbe una sostanza dipende da diversi fattori, come la dimensione delle molecole, la solubilità della sostanza, la sua affinità per il carbone attivo o il pH dell’acqua, che influenza queste variabili.
Il carbone attivo è particolarmente adatto per la rimozione di sostanze organiche come trialometani, pesticidi e ormoni, poiché questi hanno una maggiore affinità di legame per il carbone attivo.
Il carbone attivo può filtrare le microplastiche o le nanoplastiche?
Le particelle di plastica possono anche essere classificate in base alla loro dimensione.
Sono comunemente conosciute come microplastiche, ma ricevono anche nomi diversi a seconda delle loro dimensioni. Mesoplastiche (500 µm* – 5 mm), microplastiche (50 µm* – 500 µm) e nanoplastiche con dimensione inferiore a 50 µm (alcuni autori fissano il limite a 100 nm). Sebbene siano chiamate nanoplastiche, le loro dimensioni sono in realtà superiori a 1 nm
La creazione di nanoplastiche da microplastiche dipende principalmente dal fattore tempo. È stato stimato che ci vogliono 320 anni affinché una microplastica da 1 mm diventi una nanoplastica da 100 nm.
Inoltre, un gruppo di scienziati ha studiato l’aggregazione di particelle di polistirene da 30 nm (un tipo di plastica) nell’acqua di mare e ha riscontrato la rapida formazione di aggregati da 1000 nm entro 16 minuti.
Sembra quindi che anche quando le particelle di nanoplastica sono nell’acqua, tendano ad aggregarsi in particelle di microplastica.
Quindi la domanda è: il carbone attivo può filtrare le microplastiche? La risposta è un sonoro sì.
Dovrebbe essere chiaro che i nanopori con una dimensione inferiore a 2 nm assorbono le particelle più grandi come mesoplastiche e microplastiche. Questo vale anche per le nanoplastiche, solo in casi estremi le particelle nanoplastiche con una dimensione inferiore a 2 nm potrebbero passare attraverso i pori.
Ciò significa che la filtrazione delle particelle microplastiche mediante carbone attivo è garantita nella quasi totalità dei casi. Inoltre, la plastica non si scioglie nell’acqua, quindi si può presumere che sia idrofoba e si senta più a suo agio nel carbone che nell’acqua. La plastica è organica e quindi ha una maggiore affinità per il carbone attivo.
Perché la plastica è organica?
Le molecole organiche sono composti complessi che contengono carbonio e altri elementi. La plastica è fatta di polimeri, che sono molecole a catena. La componente organica della plastica si riferisce al carbonio, che si trova insieme a idrogeno, ossigeno, zolfo e azoto, a seconda del tipo di plastica.
Storia del carbone
Il carbone veniva utilizzato nell’antichità dagli egiziani, dagli indiani, dai greci e dai romani. In Egitto, ad esempio, veniva utilizzato per imbalsamare i morti e per sigillare gli scafi delle navi. Gli antichi greci usavano il carbone come antidoto contro l’intossicazione alimentare. Secondo un testo sanscrito del 200 a.C. circa, venne utilizzato per la prima volta per il trattamento dell’acqua potabile in India.
Nel XV secolo, ai tempi di Cristoforo Colombo, i marinai scoprirono che l’acqua potabile durante i viaggi per mare rimaneva più fresca più a lungo se i contenitori di legno erano “carbonizzati” all’interno.
Il primo studio scientifico sul carbone attivo fu condotto da Karl Wilhelm Scheele, un chimico svedese, alla fine del XVIII secolo. La prima applicazione industriale ebbe luogo all’inizio del XX secolo.
