Domande frequenti comuni

Il carbone è l’elemento più abbondante sulla terra. Tra le forme più comuni abbiamo il carbone minerale, il guscio delle noci di cocco, il legno, la torba e la lignite.

I materiali grezzi selezionati con cura vengono trattati a basse temperature per rimuovere le componenti volatili naturali e ridurre i livelli di umidità residua. Questa è la fase iniziale della carbonizzazione. Dopo questa operazione si procede ponendo il materiale grezzo carbonizzato in forni ad alta temperatura con un flusso di vapore rigorosamente controllato che funge da mezzo ossidante.

Il prodotto finale è un potente adsorbente che presenta un insieme di pori di dimensioni molecolari. Tramite un microscopio elettronico a scansione si può osservare lo sviluppo dei pori che appaiono simili a quelli di una spugna. Questa alta concentrazione di pori all’interno di un volume relativamente piccolo produce un materiale con una superficie interna fenomenale (800-1600 m2/g BET N2). Per considerare il fenomeno nella giusta prospettiva, possiamo dire che la superficie di un cucchiaino di carbone attivo equivale a quella di un campo da calcio. Grazie alla sua vasta superficie interna, il carbone attivo ha l’abilità unica di adsorbire un’ampia gamma di composti sia liquidi che gassosi. Il composto target, infatti, a contatto con il carbone attivo si disperde nella struttura interna porosa. La superficie interna del carbone attivo presenta delle deboli forze di Van der Waals che catturano il composto nella struttura porosa.

Il processo di trasferimento delle molecole dallo stato gassoso o liquido a quello solido viene definito adsorbimento.

Ci sono molti metodi per produrre il carbone attivo. Quello più comune, usato da Jacobi Carbons, prevede l’attivazione a vapore nei forni rotativi (per i gusci delle noci di cocco) o in fornaci a fossa verticali (per il carbone). Jacobi Carbons inoltre produce il carbone a base di legno tramite l’attivazione chimica che utilizza acido fosforico.

Si può produrre il carbone attivo con ogni materiale grezzo carbonioso. I materiali utilizzati presso Jacobi Carbons sono la segatura di legno, il carbone bituminoso, l’antracite o i gusci delle noci di cocco. Selezioniamo il materiale grezzo adatto per fornire il miglior carbone attivo per ogni tipo di applicazione.

I pori dell’adsorbimento costituiscono il volume interno della materia dove le lamelle grafitiche sono molto vicine tra loro, creando forze molto attrattive (le forze di Van der Waals). Queste forze fissano il contaminante all’interno della struttura del carbone. Questo fenomeno è denominato adsorbimento. Secondo l’Unione internazionale di chimica pura e applicata, le dimensioni dei pori del carbone attivo sono suddivise in tre gruppi: micropori (r<1nm), mesopori (r1-25nm) e macropori (r>25nm).

È possibile rimuovere il contaminante tramite l’adsorbimento fisico (fisisorbimento), una reazione chimica (chemisorbimento) o tramite una combinazione di questi due meccanismi. Nel fisisorbimento il contaminante entra nel granulo di carbone attraverso i pori di trasporto (mesopori e macropori), si diffonde poi nella matrice del carbone finché non entra nei pori più piccoli (micropori) dove interagiscono le forze di adsorbimento. Una volta raggiunta l’area ad alta energia, le forze di adsorbimento diventano più potenti rispetto a quelle di diffusione e il contaminante viene intrappolato nei micropori. Nel fisisorbimento, quindi, non vi è alcuna reazione e il contaminante rimane invariato. Esso si può deassorbire o recuperare aumentando la temperatura o riducendo la pressione. Così facendo si potrà recuperare qualsiasi tipo di solvente. Nel chemisorbimento il contaminante entra nel carbone per diffusione come nel caso precedente, ma l’adsorbente viene preparato in un modo particolare per provocare le reazioni chimiche che consumano il contaminante. Presso Jacobi Carbons sono disponibili carboni speciali sulla cui superficie sono stati aggiunti agenti chimici che reagiscono a un contaminante specifico (come per esempio il mercurio) o a un gruppo di contaminanti (come per esempio i gas acidi). Il contaminante quindi reagendo a queste sostanze chimiche, viene trasformato e conservato nell’adsorbente.

Per essere sicuri che il carbone attivo sia veramente consumato esiste un solo modo, ovvero verificare che alla fine del processo l’adsorbente del carbone abbia rimosso il contaminante. Se la concentrazione del contaminante è oltre l’emissione accettabile, o ai limiti, vorrà dire che il carbone attivo è stato consumato e dovrà essere sostituito. Nei casi in cui sia difficile o impossibile misurare le emissioni, si può inviare a Jacobi Carbons un campione di carbone prelevato dalla zona in questione dell’adsorbente per farne analizzare la vita residua. Basandosi su dati conosciuti e il confronto con il livello originale di attività del materiale vergine, se ne può prevedere la vita residua teorica.

Jacobi Carbons può stimare il livello di consumo del carbone attivo grazie ai dati raccolti durante le esperienze degli anni passati. Se ci fornite la portata, i dettagli del contaminante e la concentrazione interna, possiamo effettuare una stima sul livello di consumo di carbone attivo.

Il fisisorbimento dei contaminanti è più efficace a bassa temperatura e riduce la sua efficacia se la temperatura aumenta. Il chemisorbimento dei contaminanti può essere efficace ad alte temperature e mostra un aumento di reazione a temperature elevate. Tuttavia si può compensare questo effetto con l’instabilità risultante degli agenti del chemisorbimento sul carbone e il desorbimento potenziale dei prodotti di reazione. Per informazioni specifiche sugli effetti della temperatura ecc., vi preghiamo di mettervi in contatto con Jacobi Carbons.

La durata del contatto (o il tempo di contatto in un contenitore vuoto) è il tempo che impiega una sostanza allo stato liquido o gassoso per passare attraverso una colonna di carbone supponendo che il liquido o il gas abbia la stessa velocità. Ciò si calcola dividendo il volume della colonna vuota per la portata del flusso.

Esempio: la portata di un flusso liquido è 60 metri cubi all’ora, e il letto del carbone contiene 9.000 kg di carbone attivo con una densità di 0,45 metri cubi ogni 1.000 kg.

9.000 kg di carbone attivo occuperà un volume di 20 metri cubi.

La durata di contatto sarà di 20/60 di un’ora, cioè 0,33 ore o 20 minuti.

La durata di contatto è il tempo più ridotto possibile in cui un contaminante raggiunge la sua capacità di saturazione sul carbone a qualsiasi concentrazione. Jacobi Carbons riconosce tuttavia che è utile che il cliente disponga di alcune indicazioni sulla durata di contatto “tipica” nella fase preliminare di progettazione dell’adsorbente. Per i contaminanti liquidi la durata di contatto tipica è di 10-20 minuti in un contenitore vuoto e una durata maggiore nei contaminanti a bassa concentrazione. Per i contaminanti gassosi, in cui la diffusione dei contaminanti nelle particelle del carbone è molto più rapida, la durata di contatto tipica si riduce a pochi secondi. Le durate di contatto della fase di adsorbimento dei gas sono in genere di 0,1-1 secondi per i contaminanti soggetti al trattamento di fisisorbimento e 1–4 secondi per i contaminanti soggetti al trattamento di chemisorbimento. Per richiedere informazioni specifiche sulle durate di contatto ecc., vi preghiamo di mettervi in contatto con Jacobi Carbons.