Charbon actif - Utilisation et contexte

Qu'est-ce que le charbon actif exactement ?

Le charbon actif est un carbone spongieux très poreux, fin comme de la poussière, avec une surface interne immensément grande.
La surface interne et sa structure poreuse pour l’adsorption (c’est-à-dire l’adhésion à la surface) prédestinent le charbon activé à éliminer les substances indésirables des vapeurs ou des liquides.

Le charbon actif permet de filtrer les métaux lourds comme le plomb, le zinc, le cuivre, le nickel ou le cadmium, etc.
Le chlore, les pesticides, les trihalométhanes, les résidus de médicaments, les hormones, les substances odorantes, colorantes ou gustatives sont également éliminés. C’est pourquoi elle n’est pas seulement utilisée dans le traitement des eaux usées et de l’eau potable,

mais aussi en médecine, en cosmétique, en chimie ainsi que dans le domaine de la ventilation et de la climatisation.

Comment le charbon actif est-il fabriqué ?

Le charbon actif est fabriqué à partir de plusieurs matériaux contenant du charbon, tels que la tourbe, le bois, les os, le lignite, la houille et les coques de noix de coco.

(les filtres à eau Acala utilisent du charbon actif high-tech issu de coques de noix de coco)

Tout d’abord, le matériau de base est carbonisé à une température inférieure à 800°C. Ensuite, le matériau de base est soumis à un traitement thermique. Le matériau est ensuite soumis à un processus de fabrication qui crée une surface interne extrêmement grande, appelée « activation » (d’où le nom de « charbon actif »).

Surface de charbon activé incroyablement grande

La surface interne de seulement 1 g de charbon de départ est d’environ 10m2.
Après activation, 1 g de charbon actif, par exemple de coquille de noix de coco, peut avoir une surface interne de 1000m2 ou plus.
En dépliant environ quatre à cinq grammes (environ une cuillère à café) de charbon actif, on pourrait théoriquement couvrir toute la surface d’un terrain de football.

Activation du charbon actif

L’activation se fait à des températures de 700 à 1000 °C en utilisant de la vapeur d’eau et du dioxyde de carbone, parfois aussi de l’air.
Lors de cette activation, une partie du carbone est transformée en dioxyde de carbone, ce qui crée des pores supplémentaires et augmente la surface.

On distingue l’activation chimique et l’activation par gaz. L’activation chimique consiste à traiter un mélange de matières premières non carbonisées avec des produits chimiques,

principalement avec des agents déshydratants, comme par ex. chlorure de zinc ou acide phosphorique, à des températures comprises entre 500 et 900 °C.
Lors de l’activation par gaz, les matériaux déjà carbonisés, comme par ex. Le charbon de bois, le coke de tourbe, le coke de noix de coco, le charbon de terre ou le lignite sont utilisés comme matériaux de base.

Types de charbon actif

Il existe trois types de charbon actif : le charbon en poudre, le charbon en grains (granulés) et le charbon moulé.
Dans le cas du charbon de bois en grains, les particules ont une taille d’environ 1 mm, tandis que dans le cas de la poudre, elles ont une taille d’environ 2 mm.
la taille est d’environ 0,1 mm.

Dans les deux cas, la surface intérieure est de même taille. Dans le cas du charbon de moulage, le produit semi-fini carbonisé est pulvérisé, activé, puis mélangé à de la colle et extrudé ou fritté selon les besoins.

L’un des défis de l’utilisation du charbon de bois moulé est qu’une pression d’eau est nécessaire pour que l’eau s’écoule à travers le charbon actif, car l’adhésif bloque l’écoulement de l’eau.

Charbon moulé/charbon collé

Il est immensément plus efficace d’utiliser du charbon de grain, pour lequel la gravité seule suffit à provoquer le flux.
L’eau a ainsi l’occasion de s’épanouir naturellement.
Un tel charbon actif est utilisé dans les filtres à eau d’Acala.

De plus, la taille des particules peut influencer la vitesse d’adsorption,
mais pas la quantité adsorbée, car cela ne dépend que de la surface interne.

Après cette découverte, le charbon de grain est considéré comme plus efficace que la poudre pour le traitement de l’eau.

Structure des atomes

Grâce à l’activation, le charbon actif acquiert une structure cristalline irrégulière et désordonnée d’atomes de carbone.
Cette structure désordonnée présente une grande porosité, où les substances à filtrer peuvent être liées.
Ces pores sont classés en fonction de leur taille : Macropores (> 50 nm*), mésopores (2-50 nm*), micropores (1-2 nm) et mini-micropores (< 1 nm*).

Les micropores sont adaptés aux petites molécules. Le charbon de grain issu de la coque de noix de coco présente une plus grande surface intérieure et une plus grande proportion de micropores.

*(1 nm (nanomètre) est un millionième de millimètre)

Capacité de rétention du charbon actif

Le degré d’adsorption d’une substance par le charbon actif dépend de plusieurs facteurs, par exemple la taille des molécules, la solubilité de la substance, son affinité pour le charbon actif,
ou encore le pH de l’eau, qui influence ces variables.

Le charbon actif est particulièrement adapté à l’élimination de substances organiques telles que les trihalométhanes, les pesticides et les hormones, car ces substances présentent une plus grande affinité de liaison avec le charbon actif.

Le charbon actif peut-il filtrer les microplastiques ou les nanoplastiques ?

Les particules de plastique peuvent également être classées en fonction de leur taille.
Ils sont généralement connus sous le nom de microplastiques, mais reçoivent également différents noms en fonction de leur taille. mésoplastiques (500 µm* – 5 mm), microplastiques (50 µm*- 500 µm*)
et les nanoplastiques d’une taille inférieure à 50 µm* (certains auteurs fixent la limite à 100 nm**). Bien qu’ils soient appelés nanoplastiques, leur taille est en réalité supérieure à 1 nm**.

La formation de nanoplastiques à partir de microplastiques dépend avant tout du facteur temps.
On estime qu’il faudra 320 ans,
pour qu’un microplastique de 1 mm devienne un nanoplastique de 100 nm.

En outre, un groupe de scientifiques a étudié l’agglutination de particules de polystyrène de 30 nm** (un type de plastique) dans l’eau de mer et a constaté la formation rapide d’agrégats de 1000 nm** en 16 minutes.
Ainsi, il semble que même si des particules de nanoplastiques sont présentes dans l’eau, elles ont tendance à s’agglomérer pour former des particules de microplastiques.

La question est donc la suivante : le charbon actif peut-il filtrer les microplastiques ? La réponse est clairement oui.
Il devrait être clair que les nanopores de moins de 2 nm** adsorbent les particules plus grosses comme les mésoplastiques et les microplastiques.
C’est également le cas pour les nanoplastiques, ce n’est que dans les cas extrêmes de particules de nanoplastiques d’une taille inférieure à 2 nm** que ces particules pourraient passer à travers les pores.

Ainsi, la filtration des microparticules de plastique par le charbon actif est garantie dans presque tous les cas.
De plus, le plastique n’est pas dissous dans l’eau, on peut donc supposer qu’il est hydrophobe et qu’il se sent plus à l’aise sur le charbon ou dans le charbon que dans l’eau.

Le plastique est organique et a donc une affinité accrue pour le charbon actif.

*1µm = micromètre) est un millième de millimètre
**(1 nm (nanomètre) est un millionième de millimètre)

Pourquoi le plastique est-il organique ?

Les molécules organiques sont des composés complexes qui contiennent du carbone et d’autres éléments. Les plastiques sont des polymères, c’est-à-dire des molécules en chaîne. La composante organique du plastique fait référence au carbone, qui, selon le type de plastique, est présent avec l’hydrogène, l’oxygène, le soufre et l’azote.

Le charbon actif est-il mauvais pour la santé ?

Vous ne devriez pas vous inquiéter,
que votre eau entre en contact avec du charbon actif.
Le charbon actif est un produit naturel,
surtout si elle est fabriquée à partir de coquilles de noix de coco.

On obtient le même charbon actif chez le médecin de famille quand on a la diarrhée.

Le charbon est même utilisé pour colorer la glace et d’autres aliments.
Le charbon a de nombreuses applications différentes, et ses excellentes propriétés sont également utilisées en cosmétique au bénéfice de la peau.

Votre santé est ainsi garantie et l’eau et l’environnement sont ainsi protégés.

Historique :

L’utilisation du charbon actif sous sa forme actuelle n’a qu’une courte histoire.

Cependant, le charbon, le plus souvent sous forme de charbon de bois, était déjà utilisé dans l’Antiquité, par les Égyptiens, les Indiens, les Grecs et les Romains.

En Égypte, elle était par exemple utilisée pour l’embaumement des défunts et pour l’étanchéité des coques de bateaux.

Les Grecs anciens utilisaient le charbon de bois comme antidote contre les intoxications alimentaires.
C’est en Inde qu’elle a été utilisée pour la première fois pour le traitement de l’eau potable, comme le rapporte un texte sanskrit datant d’environ 200 ans avant Jésus-Christ.

Au 15e siècle, à l’époque de Christophe Colomb, les marins ont découvert que l’eau potable restait fraîche plus longtemps pendant les voyages en mer si l’intérieur des récipients en bois était « carbonisé ».
La première étude scientifique sur le charbon actif a été réalisée par Karl Wilhelm Scheele, un chimiste suédois, à la fin du 18e siècle.

La première application industrielle a eu lieu au début du 20e siècle.