Il carbone attivo è un materiale con una struttura altamente porosa e un'ampia area superficiale specifica, che ha un'eccellente capacità di adsorbimento e reattività chimica. Prima di comprendere come funziona il carbone attivo, è necessario comprendere i concetti di adsorbimento e proprietà superficiali.
L'adsorbimento è il processo mediante il quale un gas, un liquido o una sostanza disciolta viene adsorbita da un mezzo (ad esempio acqua, aria) su una superficie solida. La struttura porosa del carbone attivo conferisce una superficie più ampia, fornendo un'enorme area di contatto per le sostanze adsorbenti.
Il principio di funzionamento del carbone attivo può essere ridotto ai seguenti aspetti:
1. Adsorbimento fisico: il carbone attivo adsorbe le molecole sulla sua superficie attraverso l'adsorbimento fisico. Ciò è dovuto alla superficie specifica estremamente elevata e al gran numero di micropori e strutture mesoporose del carbone attivo. Quando le molecole di gas o le sostanze disciolte toccano la superficie del carbone attivo, verranno adsorbite nei pori del carbone attivo a causa della forza attrattiva e della forza esistente sulla superficie dell'adsorbente.
2. Adsorbimento chimico: oltre all'adsorbimento fisico, il carbone attivo può anche catturare molecole mediante adsorbimento chimico. Ciò è dovuto al fatto che alcuni gruppi funzionali chimici (come idrossile, carbossile, ecc.) sulla superficie del carbone attivo possono reagire chimicamente con specifici tipi di molecole. Questo adsorbimento chimico può migliorare la capacità di adsorbimento del carbone attivo per alcune sostanze organiche.
3. Caratteristiche della superficie: la superficie del carbone attivo ha determinate caratteristiche di carica. Queste cariche superficiali possono interagire elettrostaticamente con ioni o molecole cariche in soluzione. A seconda delle proprietà chimiche e della struttura fisica della superficie del carbone attivo, le sostanze con proprietà elettriche specifiche possono essere adsorbite o escluse selettivamente.
Diversi tipi di carbone attivo possono essere adattati a diversi tipi di inquinanti. Ad esempio, alcuni carboni attivi assorbono meglio i composti organici volatili (COV) o le sostanze odorose, mentre altri hanno una capacità di adsorbimento selettivo più elevata per sostanze come ioni di metalli pesanti o residui di pesticidi.
Le prestazioni del carbone attivo sono strettamente correlate alle sue proprietà fisiche e chimiche e alle condizioni di applicazione. I fattori che influenzano le prestazioni di adsorbimento del carbone attivo includono la distribuzione delle dimensioni dei pori, l'area superficiale specifica, il volume dei pori, ecc. Inoltre, la capacità di adsorbimento e l'efficienza del carbone attivo sono influenzate anche da fattori quali temperatura, umidità, concentrazione di soluto e tempo di contatto .
Nel complesso, il carbone attivo può adsorbire gas, liquidi o sostanze disciolte sulla sua superficie attraverso i meccanismi di adsorbimento fisico e chimico attraverso la sua struttura porosa e l'enorme superficie specifica. Il processo si basa sulle forze di interazione tra le sostanze e sulle proprietà delle superfici di carbone attivo. Il principio di funzionamento del carbone attivo è che la sua struttura e le sue proprietà uniche lo rendono un adsorbente efficace ampiamente utilizzato nel trattamento dell'acqua, nella purificazione dell'aria e in altre applicazioni ambientali.
