Carbone attivo - applicazione e contesto

Che cos'è esattamente il carbone attivo?

Il carbone attivo è un carbone altamente poroso, fine come la polvere e simile a una spugna, con una superficie interna immensamente ampia.
La superficie interna e la sua struttura porosa per l’adsorbimento (cioè l’adesione alla superficie) predestinano il carbone attivo a rimuovere le sostanze indesiderate da vapori o liquidi.

Il carbone attivo viene utilizzato per filtrare metalli pesanti come piombo, zinco, rame, nichel e cadmio.
Vengono inoltre eliminati cloro, pesticidi, trialometani, residui di farmaci, ormoni, odori, colori e sapori. Per questo motivo non viene utilizzato solo nel trattamento delle acque reflue e dell’acqua potabile,

ma anche in medicina, cosmetica, chimica e nella tecnologia di ventilazione e condizionamento.

Come si produce il carbone attivo?

Il carbone attivo si ottiene da diversi materiali carboniosi, come torba, legno, ossa, lignite, carbone e gusci di cocco.

(I filtri per l’acqua Acala utilizzano carbone attivo ad alta tecnologia ricavato dai gusci delle noci di cocco)

In primo luogo, il materiale di partenza viene carbonizzato a 800°C. Il materiale viene quindi sottoposto a un processo di produzione che crea una superficie interna estremamente ampia, la cosiddetta “attivazione” (da cui il nome “carbone attivo”).

Superficie incredibilmente ampia del carbone attivo

La superficie interna di un solo g di carbone di partenza è di circa 10m2.
Dopo l’attivazione, 1 g di carbone attivo, ad esempio ricavato da gusci di noce di cocco, può avere una superficie interna di 1000m2 o più.
Dispiegando circa quattro o cinque grammi (circa 1 cucchiaino) di carbone attivo, si potrebbe teoricamente coprire l’intera superficie di un campo da calcio.

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.

Si distingue tra attivazione chimica e attivazione gassosa. Durante l’attivazione chimica, una miscela di materiale di partenza non carbonizzato viene trattata con sostanze chimiche,

principalmente con agenti disidratanti, ad es. Cloruro di zinco o acido fosforico, a temperature comprese tra 500 e 900 °C.
Durante l’attivazione con il gas, i materiali già carbonizzati, come ad esempio i materiali di origine vegetale, vengono sottoposti a un processo di carbonizzazione. Come materie prime si utilizzano carbone, coke di torba, coke di guscio di cocco, carbon fossile o lignite.

Tipi di carbone attivo

Esistono tre tipi di carbone attivo: in polvere, granulare e stampato.
Nel caso del carbone in grani, le particelle hanno una dimensione di circa 1 mm, mentre nel caso della polvere
la dimensione è di circa 0,1 mm.

In entrambi i casi, la superficie interna è la stessa. Nel caso del carbonio stampato, il semilavorato carbonizzato viene polverizzato, attivato e quindi miscelato con l’adesivo e estruso o sinterizzato secondo le necessità.

Un problema nell’uso del carbone stampato è che è necessaria la pressione dell’acqua per consentire all’acqua di fluire attraverso il carbone attivo, poiché l’adesivo blocca il flusso dell’acqua.

Carbonio stampato/incollato

È immensamente più efficiente usare il carbone di cereali quando la 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 dell’acqua Acala.

Anche la dimensione delle particelle può influenzare la velocità di adsorbimento,
ma non la quantità adsorbita, poiché questa dipende solo dalla superficie interna.

In base a questo risultato, il carbone in grani è considerato più efficiente per il trattamento dell’acqua rispetto alla polvere.

Struttura degli atomi

L’attivazione conferisce al carbone attivo una struttura cristallina irregolare e disordinata di atomi di carbonio.
Questa struttura disorganizzata presenta un’elevata porosità in cui 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 minimicropori (< 1 nm*).

I micropori sono adatti alle molecole più piccole. Il carbone di guscio di cocco ha una superficie interna più ampia e una maggiore percentuale di micropori.

*(1 nm (nanometro) è un milionesimo di millimetro)

Capacità di ritenzione del carbone attivo

Il grado di adsorbimento di una sostanza da parte del carbone attivo dipende da diversi fattori, come le dimensioni delle molecole, la solubilità della sostanza e la sua affinità per il carbone attivo,
o il valore del pH dell’acqua, che influenza queste variabili.

Il carbone attivo è particolarmente adatto per la rimozione di sostanze organiche come trialometani, pesticidi e ormoni, in quanto questi hanno una maggiore affinità di legame con il carbone attivo.

Il carbone attivo può filtrare le microplastiche o le nanoplastiche?

Le particelle di plastica possono essere classificate anche in base alle loro dimensioni.
Sono generalmente note come microplastiche, ma vengono anche chiamate con nomi diversi a seconda delle loro dimensioni. Mesoplastica (500 µm* – 5 mm), microplastica (50 µm* – 500 µm*)
e le nanoplastiche con dimensioni inferiori a 50 µm* (alcuni autori fissano il limite a 100 nm**). Sebbene vengano definite nanoplastiche, le loro dimensioni sono in realtà superiori a 1 nm**.

La formazione di nanoplastiche da microplastiche dipende principalmente dal fattore tempo.
Si stima che siano necessari 320 anni,
in modo da creare una nanoplastica di 100 nm da una microplastica di 1 mm.

Inoltre, un gruppo di scienziati ha studiato l’agglomerazione di particelle di polistirene (un tipo di plastica) da 30 nm** in acqua di mare e ha riscontrato una rapida formazione di aggregati da 1000 nm** in 16 minuti.
Sembra quindi che anche quando le particelle di nanoplastica si trovano nell’acqua, tendano a raggrupparsi per formare particelle di microplastica.

Quindi la domanda è: il carbone attivo può filtrare le microplastiche? La risposta è un sì convinto.
È evidente che i nanopori con dimensioni inferiori a 2 nm** assorbono le particelle più grandi, come le mesoplastiche e le microplastiche.
Questo vale anche per le nanoplastiche; solo in casi estremi le particelle di nanoplastica con dimensioni inferiori a 2 nm** possono passare attraverso i pori.

La filtrazione delle particelle di microplastica da parte del carbone attivo è quindi garantita in quasi tutti i casi.
Inoltre, la plastica non si scioglie in acqua, quindi si può presumere che sia idrofoba e che si senta più a suo agio sul carbone o nel carbone che nell’acqua.

La plastica è organica e quindi ha una maggiore affinità con il carbone attivo.

*1µm = micrometro) è un millesimo di millimetro
**(1 nm (nanometro) è un milionesimo di millimetro)

Perché la plastica è organica?

Le molecole organiche sono composti complessi che contengono carbonio e altri elementi. Le materie plastiche sono polimeri, ovvero molecole a catena. La componente organica della plastica si riferisce al carbonio che, a seconda del tipo di plastica, si presenta insieme a idrogeno, ossigeno, zolfo e azoto.

Il carbone attivo non è salutare?

Non c’è da preoccuparsi,
che l’acqua venga a contatto con il carbone attivo.
Il carbone attivo è un prodotto naturale,
Soprattutto se si tratta di gusci di noce di cocco.

Lo stesso carbone attivo si ottiene dal medico di famiglia in caso di diarrea.

Il carbone viene persino utilizzato per colorare il gelato e altri alimenti.
Il carbone di legna ha molti campi di applicazione e le sue eccellenti proprietà sono utilizzate anche in cosmetica per migliorare la pelle.

Questo garantisce la vostra salute e protegge l’acqua e l’ambiente.

Fatti storici:

L’uso del carbone attivo nella sua forma attuale ha una storia breve.

Tuttavia, il carbone, soprattutto sotto forma di carbonella, era già utilizzato nell’antichità da Egizi, Indiani, Greci e Romani.

In Egitto, ad esempio, veniva utilizzato per imbalsamare i defunti e per sigillare gli scafi delle navi.

Gli antichi greci usavano il carbone come antidoto alle intossicazioni alimentari.
È stata utilizzata per la prima volta per il trattamento dell’acqua potabile in India, come riporta un testo sanscrito del 200 a.C. circa.

Nel XV secolo, all’epoca di Cristoforo Colombo, i marinai scoprirono che l’acqua potabile rimane fresca più a lungo durante i viaggi in mare se i contenitori di legno vengono “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 è avvenuta all’inizio del XX secolo.