Questions fréquentes

Le carbone est l’élément le plus abondant sur terre. Parmi les formes les plus courantes de carbon, on trouve le charbon, les coques de noix de coco, le bois, la tourbe et le lignite.

Ces matières premières, soigneusement sélectionnées, sont ensuite transformées à basse température pour éliminer les éléments naturels volatils ainsi que les reliquats d’humidité. C’est la première étape de la carbonisation. Elle est suivie par le passage de la matière première carbonisée dans des fours d’activation à haute température en présence d’un flux rigoureusement contrôlé de vapeur, laquelle est utilisée comme agent oxydant.

On obtient ainsi un puissant adsorbant qui présente des pores de différentes tailles moléculaires. Sous un microscope électronique à balayage, l’agencement des pores est clairement visible, ce qui le fait ressembler à une éponge poreuse. Cette concentration élevée de pores à l’intérieur d’un volume relativement faible donne un matériau doté d’une incroyable surface interne (800-1600 m2/g BET N2). Pour vous donner une idée, une petite cuillère de charbon actif représente une surface équivalente à celle d’un terrain de football. C’est cette vaste surface interne qui donne au charbon actif sa capacité unique à absorber une large gamme de composés, en phase liquide et en phase gazeuse. L’élément ciblé est mis en contact avec le charbon actif et se diffuse alors dans les pores internes de la structure. La surface interne du charbon actif présente de faibles forces de Van der Waals qui emprisonnent le composé dans la structure poreuse.

Le phénomène suivant lequel des molécules en phase gazeuse ou liquide se fixent sur une surface solide s’appelle l’adsorption.

Il existe de nombreuses façons de produire du charbon actif. La méthode la plus couramment utilisée par Jacobi Carbons est par activation à la vapeur, soit dans des fours rotatifs (coques de noix de coco), soit dans des fourneaux verticaux (charbon). Jacobi Carbons produit aussi du charbon à base de bois par activation chimique en utilisant de l’acide phosphorique.

On peut produire du charbon actif à partir de n’importe quelle matière première carbonée. Les matériaux de Jacobi Carbons sont fabriqués à partir de sciure de bois, de charbon bitumineux, de charbon anthracite ou de coques de noix de coco. Nous sélectionnons la matière première la plus adaptée afin de proposer le meilleur charbon actif pour chaque application spécifique.

Les pores d’adsorption se situent entre des plaques de graphite très rapprochées les unes des autres et créent de puissantes forces d’attraction (forces de Van der Waals). Ces forces emprisonnent le polluant dans la structure du charbon. Ce processus est connu sous le nom d’adsorption. Selon l’Union internationale de chimie pure et appliquée, les tailles des pores du charbon actif sont réparties en trois groupes : micropores (r1nm), mésopores (r1-25nm) et macropores (r25nm).

L’élimination du polluant intervient par adsorption physique, ou physisorption, ou par réaction chimique, ou chimisorption, ou encore par l’association de ces deux procédés. Physisorption Le polluant entre dans le grain de charbon par le biais des pores de transport (méso et macropores). Il se diffuse dans la matrice de carbone jusqu’à ce qu’il entre dans les pores les plus petits (micropores) où la force d’adsorption commence à agir. Une fois qu’il atteint la zone où l’énergie est la plus élevée, la force d’adsorption devient supérieure à la force de diffusion et le polluant est alors piégé dans le micropore. Au cours de la physisorption, aucune réaction n’intervient et le polluant demeure inchangé. Il peut être désorbé et récupéré grâce à une augmentation de la température ou à une réduction de la pression, ce qui est la base de toute opération de récupération de solvants. Chimisorption Le polluant entre dans le charbon par diffusion comme ci-dessus. Cependant, l’adsorbant est spécialement préparé pour favoriser des réactions chimiques au cours desquelles le contaminant est consommé. Vous pourrez trouver chez Jacobi Carbons des charbons spéciaux à la surface desquels des substances chimiques sont ajoutées. Ces dernières réagissent avec un polluant spécifique, comme par exemple le mercure, ou un groupe de polluants, comme par exemple les gaz acides. Le polluant réagit avec ces produits chimiques. Il est alors transformé et retenu dans l’adsorbant.

La seule façon de savoir si le charbon actif est usagé est d’effectuer un test à la sortie de l’adsorbeur au charbon pour rechercher des traces du polluant à éliminer. Une fois que la concentration de celui-ci est supérieure au taux d’émission ou de rejet acceptable, le charbon actif est considéré comme usagé et doit être remplacé. Dans les cas où la mesure des émissions est difficile voire impossible, un échantillon de charbon prélevé dans la zone appropriée de l’adsorbant peut être envoyé chez Jacobi Carbons pour une analyse de la durée de vie résiduelle. En fonction des prévisions et des comparaisons par rapport au niveau d’activité original du matériau vierge, la durée de vie résiduelle peut être estimée théoriquement.

Jacobi Carbons peut estimer le taux d’usure du charbon actif grâce à des données compillées au fil de ses nombreuses années d’expérience. Si vous nous communiquez le débit, les informations concernant les polluants et les concentrations d’entrée, nous pouvons vous fournir une estimation de la vitesse d’usure de votre charbon actif.

La physisorption des contaminants s’effectue plus facilement à basse température et décroît lorsque la température de la vapeur augmente. La chimisorption des contaminants peut être favorisée par une augmentation de la température, reflétant le taux de réaction accru à des températures élevées. Cependant, cet effet peut-être neutralisé par l’instabilité des agents de chimisorption sur le charbon qui en découle et la désorption potentielle des produits de réaction. Pour obtenir des renseignements spécifiques sur les effets de la température etc., veuillez contacter Jacobi Carbons.

Le temps de contact (ou temps de contact en lit vide) est le temps requis pour que le liquide ou la vapeur passe à travers la colonne de traitement de charbon actif, en supposant que tout le liquide ou la vapeur passe à la même vitesse. Il est égal au volume du lit vide divisé par le débit.

Prenons l’exemple d’un débit de 60 mètres cubes par heure et d’un lit de 9 000 kg de charbon actif avec une densité de 0,45 mètre cube pour 1 000 kg.

9 000 kg de charbon actif représentent un volume de 20 mètres cubes.

Le temps de contact sera de 20/60, soit 0,3 heure ou 20 minutes.

Le temps de contact doit être aussi prolongé qu’il est économiquement possible pour qu’un polluant atteigne sa capacité de saturation sur le charbon, pour une concentration donnée. Cependant, Jacobi Carbons reconnaît qu’il est utile que des indications générales de temps de contact “standards” soient disponibles pour ses clients au stade de la conception préliminaire des adsorbants. Pour les polluants liquides, des temps de contact de 10 à 20 minutes avec un lit vide sont classiques, avec des durées supérieures nécessaires pour les polluants présents à une faible concentration. Pour les polluants à l’état gazeux, qui se diffusent bien plus rapidement dans les particules de charbon, les temps de contact standards sont réduit à quelques secondes. Le temps de contact suggéré pour une absorption en phase gazeuse est généralement de 0,1 à 1 seconde pour les polluants sujets à un traitement par physisorption et de 1 à 4 secondes pour ceux sujets à un traitement par chimisorption. Pour obtenir des informations spécifiques sur les temps de contact etc., veuillez contacter Jacobi Carbons.