Ποιός ενεργοποιημένος άνθρακας είναι ο καλύτερος για την απομάκρυνση εσωτερικών VOCs;

Τι είναι οι πτητικές οργανικές ενώσεις (VOCs) και γιατί είναι σημαντικές για την ποιότητα του εσωτερικού αέρα

Οι VOCs, ή πτητικές οργανικές ενώσεις, είναι ουσιαστικά χημικά επιστοιχεία βασισμένα στον άνθρακα που τείνουν να εξατμίζονται όταν βρίσκονται σε συνήθεις θερμοκρασίες. Εμφανίζονται σε προϊόντα όπως κουτιά με βαφή, αερολύματα καθαρισμού που έχουμε κάτω από το νεροχύτη, καινούρια έπιπλα και ακόμη και σε ορισμένα δομικά υλικά που χρησιμοποιούνται κατά την κατασκευή. Το πρόβλημα είναι ότι αυτά τα αιωρούμενα χημικά επιδεινώνουν την ποιότητα του εσωτερικού αέρα και μπορούν να προκαλέσουν διάφορα προβλήματα υγείας. Οι άνθρωποι μπορεί να πάσχουν από πονοκέφαλο ή να νιώθουν ζάλη αμέσως, αλλά υπάρχουν επίσης ενδείξεις που συνδέουν τη μακροχρόνια έκθεση με προβλήματα στην αναπνοή και στη λειτουργία του εγκεφάλου. Δεδομένου ότι η πλειονότητα των ανθρώπων στην Αμερική περνά περίπου το 90% της ζωής τους μέσα σε κτίρια, σύμφωνα με την έκθεση του EPA του 2023, αυτό σημαίνει ότι οι VOCs αποτελούν ένα σοβαρό ζήτημα τόσο στο σπίτι όσο και στα γραφεία σε όλη τη χώρα.

Πώς λειτουργεί ο ενεργοποιημένος άνθρακας: Η επιστήμη της προσρόφησης για την απομάκρυνση εσωτερικών VOCs

Ο ενεργοποιημένος άνθρακας λειτουργεί απορροφώντας τις ΟΡΕ (πτητικές οργανικές ενώσεις) μέσω ενός φαινομένου που ονομάζεται προσρόφηση. Ουσιαστικά, τα μόρια αερίου προσκολλώνται στην επιφάνεια του άνθρακα λόγω των πολύ μικρών τρυπών που διαθέτει. Ένα μόνο γραμμάριο περιέχει χιλιάδες μικροσκοπικούς πόρους, μεγέθους από λιγότερο από 2 νανόμετρα έως περίπου 50 νανόμετρα. Αυτοί οι πόροι προσδίδουν στον ενεργοποιημένο άνθρακα εκπληκτική επιφάνεια, μεταξύ 1.000 και 3.000 τετραγωνικών μέτρων ανά γραμμάριο, που αντιστοιχεί περίπου σε 2 έως 5 γήπεδα τένις! Το υλικό απορροφά επιβλαβείς ουσίες όπως το φορμαλδεΰδη, το οποίο έχει διάμετρο περίπου 0,45 νανόμετρα, και το βενζόλιο, περίπου 0,6 νανόμετρα. Το φαινόμενο αυτό επιτυγχάνεται χάρη σε ασθενείς ελκτικές δυνάμεις, γνωστές ως δυνάμεις van der Waals, καθώς και σε ορισμένες άμεσες χημικές ενώσεις. Υπάρχει διαφορά ανάμεσα σε αυτό και την απλή απορρόφηση, όπου τα πράγματα διαλύονται μέσα σε κάτι άλλο. Στην προσρόφηση, τα μόρια προσκολλώνται ακριβώς στο υλικό του φίλτρου.

Γιατί η χημική φιλτράριση είναι απαραίτητη για τους αέριους ρύπους σε σπίτια και γραφεία

Τα τυπικά φίλτρα HEPA αποτρέπουν σωματίδια, αλλά δεν αφαιρούν αέριες οργανικές ενώσεις (VOC). Έρευνες δείχνουν ότι τα φίλτρα ενεργού άνθρακα μπορούν να εξαλείψουν 60–90% των αερίων χημικών σε 48 ώρες. Αυτός ο χημικός καθαρισμός είναι κρίσιμος σε περιβάλλοντα με καινούρια έπιπλα, καθαριστικά ή πηγές καύσης, όπου οι συγκεντρώσεις VOC μπορεί να είναι 2–5 φορές υψηλότερες από το εξωτερικό.

Δομή πόρων και επιφάνεια: Πώς επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα απορρόφησης VOC

Μικροπόροι έναντι Μεσοπόρων: Ταίριασμα του μεγέθους πόρου με τις διαστάσεις των μορίων VOC

Το πόσο καλά απομακρύνει ο ενεργός άνθρακας τα εσωτερικά VOC εξαρτάται από το κατά πόσο οι πόροι του ταιριάζουν με το μέγεθος των ρύπων. Μικροί πόροι κάτω από 2 νανόμετρα λειτουργούν εξαιρετικά για τη σύλληψη μικρών VOC, όπως το φορμαλδεΰδη, το οποίο έχει διάμετρο περίπου 0,45 nm. Οι μεγαλύτεροι πόροι, μεταξύ 2 και 50 nm, είναι καλύτερα προσαρμοσμένοι για την απομάκρυνση μεγαλύτερων μορίων, όπως το τολουόλιο, το οποίο έχει μέγεθος περίπου 0,67 nm. Μια έρευνα του 2022 στο περιοδικό Building and Environment αποκάλυψε κάτι ενδιαφέρον και για την απομάκρυνση βενζολίου. Ανακάλυψαν ότι η μέγιστη απορρόφηση επιτυγχάνεται όταν υπάρχει διαθέσιμος χώρος μικροπόρων περίπου 0,6 έως 0,9 nm. Η σωστή επιλογή έχει μεγάλη σημασία, επειδή δημιουργεί αυτό που ονομάζεται φαινόμενο μοριακού κοσκίνου. Όταν τα πάντα ευθυγραμμιστούν σωστά, ο άνθρακας απορροφά περισσότερους ρύπους χωρίς να σπαταλά τη δυνατότητα απορρόφησής του.

Επιφάνεια και η συσχέτισή της με την απόδοση του φίλτρου για την απομάκρυνση εσωτερικών VOC

Η διαθέσιμη επιφάνεια στην επιφάνεια ενός φίλτρου άνθρακα επηρεάζει άμεσα το πόσα μόρια VOC μπορεί να απορροφήσει. Τα φίλτρα άνθρακα με επιφάνειες BET άνω των 1000 τετραγωνικών μέτρων ανά γραμμάριο γενικά εμφανίζουν περίπου 40% καλύτερη ικανότητα συλλογής τυπικών εσωτερικών ρύπων. Σκεφτείτε το εξής: κάθε γραμμάριο τέτοιου ενεργού άνθρακα έχει περίπου την ίδια επιφάνεια με 1,5 γήπεδο τένις. Αυτή η τεράστια επιφάνεια δημιουργεί πολλά σημεία στα οποία μπορούν να προσκολληθούν αέριοι ρύποι. Δοκιμές σε εργαστήριο δείχνουν ότι αυτοί οι άνθρακες υψηλής επιφάνειας μπορούν να απομακρύνουν περίπου το 98% των VOC, συμπεριλαμβανομένων ουσιών όπως λιμονένιο και ξυλόλη, όταν οι συνθήκες είναι ιδανικές. Ωστόσο, αυτό που συμβαίνει στην πραγματική ζωή εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από παράγοντες όπως οι ταχύτητες ροής αέρα και τα επίπεδα υγρασίας στο περιβάλλον.

Επίγνωση Δεδομένων: Οι Επιφάνειες BET Άνω των 1000 m²/g Ενισχύουν την Απομάκρυνση των VOC σε Εσωτερικούς Χώρους

Έρευνες έχουν δείξει ότι τα ανθρακούχα υλικά με ειδική επιφάνεια BET άνω των 1200 τετραγωνικών μέτρων ανά γραμμάριο μπορούν να κρατήσουν περίπου το 92% των πτητικών οργανικών ενώσεων όταν οι συγκεντρώσεις είναι κάτω από 1 μέρος ανά εκατομμύριο κατ' όγκο. Αυτό είναι αρκετά εντυπωσιακό σε σύγκριση με τον απλώς 68% βαθμό παρακράτησης που παρατηρείται σε υλικά με επιφάνεια μόνο 800 τετραγωνικών μέτρων ανά γραμμάριο. Γιατί συμβαίνει αυτό; Λοιπόν, αυτά τα ανώτερα αποτελέσματα οφείλονται στο πόσο καλά συνδεδεμένοι είναι οι πόροι μέσα στη δομή του υλικού. Όταν οι πόροι είναι καλύτερα συνδεδεμένοι, υπάρχει μικρότερη αντίσταση για τα μόρια που προσπαθούν να προσκολληθούν στην επιφάνεια κατά τις διεργασίες προσρόφησης. Τα φίλτρα υψηλής απόδοσης που κατασκευάζονται με τέτοια υλικά συνήθως διαρκούν μεταξύ έξι και εννέα μηνών σε οικιακές συνθήκες, δηλαδή περίπου 30% περισσότερο από ό,τι παρατηρείται με τα συνηθισμένα φίλτρα στην αγορά σήμερα. Αν και μπορεί να έχουν υψηλότερο αρχικό κόστος, οι περισσότεροι ιδιοκτήτες σπιτιών βρίσκουν ότι αυτά τα φίλτρα εξοικονομούν χρήματα μακροπρόθεσμα, επειδή δεν χρειάζονται τόσο συχνά αντικατάσταση.