Il carbone attivo è un carbone a grana finissima, altamente poroso, con una struttura simile a una spugna e una superficie interna incredibilmente ampia. Grazie a queste speciali proprietà, è ideale per l’adsorbimento, cioè per legare alla sua superficie le sostanze indesiderate.
Grazie a questo processo, il carbone attivo rimuove in modo affidabile metalli pesanti come piombo, rame, zinco, nichel o cadmio dai liquidi. È altrettanto efficiente nel filtrare cloro, pesticidi, residui farmaceutici, ormoni, coloranti, aromi e odori.
Per questo motivo il carbone attivo non viene utilizzato solo nel trattamento delle acque potabili e reflue, ma anche in settori come la medicina, la cosmesi, l’industria chimica e la tecnologia di climatizzazione e ventilazione, ovunque sia richiesta una purificazione completa dell’aria o dei liquidi.
Per la produzione di carbone attivo vengono utilizzati diversi materiali naturali contenenti carbonio, tra cui legno, torba, ossa, lignite, carbone e gusci di cocco.
Acala utilizza volutamente carbone attivo ad alta tecnologia ricavato dai gusci delle noci di cocco, in quanto questo materiale ha pori particolarmente fini e ottime proprietà filtranti.
Nella prima fase, il materiale di partenza viene carbonizzato a circa 800 °C, ossia convertito nei suoi componenti solidi di carbonio in assenza di ossigeno. Segue la cosiddetta attivazione: vengono creati innumerevoli micropori attraverso un trattamento mirato con vapore acqueo caldo o anidride carbonica. In questo modo si crea una superficie interna enormemente ampia, che è alla base della straordinaria capacità di adsorbimento del carbone attivo. È per questo che porta il suo nome.
Un grammo di carbone non lavorato ha una superficie interna di circa 10 m². Se il carbone è attivato, ad esempio dai gusci di cocco, un singolo grammo di carbone attivo può sviluppare una superficie interna di oltre 1.000 m².
A titolo esemplificativo: se riuscissi a dispiegare completamente quattro o cinque grammi di carbone attivo (circa un cucchiaino), la sua superficie interna sarebbe teoricamente sufficiente a coprire un intero campo da calcio.
L’attivazione avviene ad alte temperature, tra i 700 e i 1.000 °C, di solito con vapore acqueo o anidride carbonica – occasionalmente anche con aria. Durante questo processo, parte del carbonio viene convertito in CO₂. In questo modo si creano ulteriori pori che aumentano significativamente la superficie interna del carbone.
Esistono due metodi fondamentali: l’attivazione chimica e la cosiddetta attivazione gassosa.
Nel metodo chimico, la materia prima non carbonizzata viene mescolata con alcune sostanze chimiche – di solito sostanze disidratanti come il cloruro di zinco o l’acido fosforico – e poi trattata a temperature comprese tra i 500 e i 900°C.
L’attivazione a gas, invece, utilizza materiali già carbonizzati come il carbone, il coke di torba, il coke di cocco o il carbon fossile e la lignite. Questi vengono attivati in modo specifico con vapore o CO₂ per formare la struttura dei pori.
Esistono fondamentalmente tre forme principali di carbone attivo: il carbone attivo in polvere, il carbone granulato (noto anche come carbone granulare) e il carbone stampato.
Il carbone granulare ha una dimensione media delle particelle di circa 1 mm, mentre la dimensione delle particelle del carbone attivo in polvere è di soli 0,1 mm. È interessante notare che, nonostante le diverse dimensioni delle particelle, entrambe le varianti offrono una superficie interna paragonabile.
Il carbone stampato, invece, viene prodotto macinando il materiale carbonizzato, che viene poi attivato, mescolato con agenti leganti e quindi pressato o sinterizzato negli stampi desiderati.
Uno svantaggio di questa variante è che l’adesivo aggiunto può ostacolare il flusso naturale dell’acqua: per questo motivo, quando si utilizza il carbone stampato, è necessaria una certa pressione dell’acqua per garantire un filtraggio efficace.
Carbonio stampato/incollato
È immensamente più efficiente utilizzare il carbone in grani, dove la sola gravità è sufficiente a provocare il flusso.
In questo modo l’acqua ha la possibilità di svilupparsi naturalmente.
Questo tipo di carbone attivo viene utilizzato nei filtri per l’acqua Acala.
Inoltre, la dimensione delle particelle può influenzare la velocità di adsorbimento,
ma non la quantità adsorbita, poiché questa dipende solo dalla superficie interna.
Il processo di attivazione fa sì che il carbone attivo sviluppi una struttura cristallina irregolare e non ordinata di atomi di carbonio. Questa particolare disposizione garantisce una porosità pronunciata: le sostanze indesiderate presenti nell’acqua possono essere legate efficacemente nelle cavità risultanti.
I pori si dividono in quattro categorie in base alle loro dimensioni:
macropori (>50 nm), mesopori (2-50 nm), micropori (1-2 nm) e minimicropori (<1 nm).
I micropori, in particolare, sono ideali per rimuovere le molecole più piccole dall’acqua. Il carbone di cereali, che si ottiene dai gusci delle noci di cocco, ha una superficie interna particolarmente ampia e un’alta percentuale di micropori – proprietà che lo rendono particolarmente adatto alla filtrazione dell’acqua.
*(1 nm (nanometro) è un milionesimo di millimetro)
Il grado di assorbimento di una sostanza da parte del carbone attivo dipende da vari fattori, come le dimensioni della molecola, la sua solubilità in acqua, la sua attrazione per il carbone attivo e il valore del pH dell’acqua, che può influenzare queste proprietà.
Il carbone attivo è particolarmente efficace nella rimozione dei composti organici. Questi includono trialometani, residui di pesticidi o sostanze simili agli ormoni: hanno una forte affinità con il carbone attivo e possono quindi essere legati molto bene e rimossi dall’acqua.
Le particelle di plastica possono essere classificate in base alle loro dimensioni. Sebbene siano generalmente note come “microplastiche”, esistono termini più specifici:
Le mesoplastiche (da 500 µm a 5 mm), le microplastiche (da 50 µm a 500 µm) e le nanoplastiche, che sono più piccole di 50 µm, anche se in alcune definizioni il limite è addirittura di 100 nm. Nonostante il nome, le nanoplastiche sono più grandi di 1 nm.
La formazione di nanoplastica da microplastica è un processo che dipende principalmente dal tempo. Secondo le stime, una singola particella di microplastica di 1 mm può impiegare circa 320 anni per decomporsi in una particella di nanoplastica di 100 nm.
Un gruppo di ricerca ha anche analizzato il comportamento di particelle di polistirene da 30 nm (un tipo di plastica) nell’acqua di mare e ha scoperto che si sono aggregate in aggregati più grandi di circa 1000 nm dopo soli 16 minuti. Ciò indica che anche le nanoplastiche tendono ad aggregarsi in acqua e a raggiungere dimensioni più simili a quelle delle microplastiche.
E ora la domanda: il carbone attivo può filtrare le microplastiche?
La risposta è chiaramente sì.
Il carbone attivo contiene i cosiddetti nanopori, ovvero minuscole cavità con un diametro inferiore a 2 nm. Questi pori sono abbastanza piccoli da trattenere in modo affidabile anche particelle molto sottili come le microplastiche o le mesoplastiche. Questo vale anche per le nanoplastiche in quasi tutti i casi. Solo le particelle estremamente piccole, al di sotto del limite di 2 nm, potrebbero passare attraverso i pori in determinate circostanze, anche se ciò è molto raro.
Inoltre, la plastica non si scioglie in acqua, ma è idrofoba: evita l’acqua e preferisce aderire a superfici organiche come il carbone attivo. Poiché la plastica è di origine organica, ha anche una tendenza naturale a legarsi alla struttura carboniosa del carbone attivo.
Conclusione: il carbone attivo è in grado di rimuovere la maggior parte delle particelle di plastica dall’acqua ed è quindi una protezione efficace contro le micro e le nanoplastiche presenti nell’acqua potabile.
In termini chimici, le molecole organiche sono composti complessi che contengono carbonio in combinazione con altri elementi. Le materie plastiche sono costituite dai cosiddetti polimeri, ovvero strutture molecolari a catena. Il contenuto organico della plastica si riferisce al carbonio in essa contenuto che, a seconda del tipo di plastica, può essere combinato con idrogeno, ossigeno, azoto o zolfo.
Il carbone attivo è dannoso per la salute?
Non c’è da preoccuparsi se la tua acqua potabile entra in contatto con il carbone attivo. Il carbone attivo è un prodotto puramente naturale, soprattutto se ottenuto da materie prime sostenibili come i gusci delle noci di cocco.
Per inciso, lo stesso tipo di carbone attivo viene utilizzato anche in medicina, ad esempio dai medici di base per i disturbi gastrointestinali come la diarrea.
Il carbone attivo viene utilizzato anche negli alimenti, ad esempio per la colorazione naturale dei gelati o dei dolci. È molto apprezzato anche in cosmetica: Le sue proprietà detergenti lo rendono un ingrediente attivo molto apprezzato nei prodotti per la cura della pelle.
In questo modo, il carbone attivo non solo aiuta a purificare l’acqua, ma supporta anche la tua salute e contribuisce a proteggere l’ambiente.
L’uso attuale del carbone attivo nella sua forma più evoluta è ancora relativamente recente. Tuttavia, la storia dell’uso del carbone risale a molto tempo fa: già nell’antichità, culture come gli Egizi, gli Indiani, i Greci e i Romani utilizzavano il carbone in vari modi.
In Egitto, il carbone veniva utilizzato per imbalsamare i defunti o per sigillare gli scafi delle navi. Gli antichi greci, invece, lo usavano come antidoto per le intossicazioni alimentari. In India, il primo utilizzo per purificare l’acqua potabile risale a un testo sanscrito del 200 a.C. circa.
Il carbone ha avuto un ruolo importante anche all’epoca di Cristoforo Colombo: i marinai si accorsero che l’acqua rimaneva potabile più a lungo durante i lunghi viaggi se le botti di legno erano leggermente carbonizzate all’interno.
Il primo studio scientificamente documentato sugli effetti del carbone attivo fu condotto dal chimico svedese Carl Wilhelm Scheele e pubblicato alla fine del XVIII secolo. Il suo uso industriale è iniziato all’inizio del XX secolo e da allora è cresciuto costantemente.
