Η Επίδραση του Ενεργού Άνθρακα στην Αποτελεσματικότητα Καθαρισμού του Αέρα

Τα σύγχρονα συστήματα καθαρισμού αέρα έχουν γίνει όλο και πιο πολύπλοκα και αποτελεσματικά λόγω της ευελιξίας του ενεργού άνθρακα στη φιλτραρισμό ακόμη και των πιο δύσκολων αιωρούμενων ρύπων που επιβιώνουν της πρώτης φάσης φιλτραρίσματος. Ενώ τα φίλτρα HEPA είναι σχεδιασμένα για σωματιδιακή ρύπανση, ο ενεργός άνθρακας δρα στην απομάκρυνση και προσρόφηση αέριων ρύπων, οσμών και πτητικών οργανικών ενώσεων που μολύνουν τον εσωτερικό/εξωτερικό αέρα. Σε αντίθεση με τους υπόλοιπους ρύπους, αυτοί οι ρύποι τείνουν να είναι αόρατοι με γυμνό μάτι, γι’ αυτό τα αποτελεσματικά απορροφητικά συστήματα ενεργού άνθρακα, συστήματα HVAC και άλλοι βιομηχανικοί καθαριστές είναι τόσο αποτελεσματικοί στην ενίσχυση της απόδοσης καθαρισμού. Ο σκοπός αυτού του άρθρου είναι να περιγράψει τους διάφορους τρόπους και το βαθμό με τους οποίους ο ενεργός άνθρακας βοηθά στον καθαρισμό του αέρα καθώς και την αποδεδειγμένη αποτελεσματικότητά του.

Μηχανισμός Προσρόφησης για Αέριους Ρύπους

Ο λόγος για τον οποίο ο ενεργός άνθρακας βελτιώνει την αποτελεσματικότητα των απορροφητήρων αέρα, περισσότερο από οτιδήποτε άλλο, είναι επειδή διαθέτει μια μοναδική δυνατότητα `προσρόφησης` ρύπων σε αέρια μορφή. Κατά τη διάρκεια των διεργασιών ενεργοποίησης σε υψηλές θερμοκρασίες, ο ενεργός άνθρακας αναπτύσσει μια μικροσκοπική διάταξη πόρων, με αποτέλεσμα την επιφάνεια του ενεργού άνθρακα να φτάνει στα εκατοντάδες τετραγωνικά μέτρα ανά γραμμάριο. Όταν χρησιμοποιούνται στρώματα άνθρακα, ο μολυσμένος αέρας διέρχεται μέσα από τα στρώματα και τα μόρια της αέριας φάσης έλκονται στους πόρους των ανθράκων μέσω της βιομεταφοράς. Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιείται κυρίως για μολυσμένο αέρα που περιέχει VOCs, όπως το τολουόλιο σε καθαριστικά προϊόντα, την φορμαλδεΰδη σε καύσιμα και χρώματα και άλλα. Άλλοι αέριοι ρύποι που μπορεί να απομακρυνθούν με αυτή τη διαδικασία είναι η αμμωνία και το διοξείδιο του θείου. Όταν ο αέρας κορεστεί, τότε η δομή του άνθρακα δεν θα υποστεί καμία αλλαγή και δεν θα αφήσει κανένα παραπροϊόν, γιατί δεν θα συμβεί καμία χημική αντίδραση.

Στοχευμένη Απομάκρυνση Πτητικών Οργανικών Ενώσεων (VOCs)

Η έκθεση σε VOCs στον αέρα είναι γνωστό ότι ερεθίζει το αναπνευστικό σύστημα και προκαλεί άλλες μακροχρόνιες επιπλοκές εξαιτίας της ικανότητας αυτών των ουσιών να παρακάμπτουν τα κοινά φίλτρα. Το βελτιωμένο αυτό πρόβλημα φιλτραρίσματος VOCs επιλύεται από τον ενεργό άνθρακα, ο οποίος είναι γνωστός ότι απορροφά αποτελεσματικά τα VOCs. Αυτό τον καθιστά εξαιρετική εναλλακτική λύση φίλτρου αέρα σε νέες κατασκευές, γραφεία εκτύπωσης και άλλα περιβάλλοντα πλούσια σε VOCs. Έχει αποδειχθεί ότι τα φίλτρα αέρα με ενεργό άνθρακα απομακρύνουν VOCs όλων των μοριακών μεγεθών και πολικοτήτων εξαιτίας της ξεχωριστής πορώδους δομής τους. Για παράδειγμα, η φορμαλδεΰδη και το ξυλόλιο, με μοριακά βάρη 30,03 g/mol και 106,16 g/mol αντίστοιχα, συλλαμβάνονται από μικροπόρους και μεσοπόρους < 2 και 2-50 νανομέτρων αντίστοιχα. Μια τόσο αξιόπιστη και γρήγορη απορρόφηση αποτελεί τον λόγο για τον οποίο τα φίλτρα αέρα με ενεργό άνθρακα λειτουργούν καλύτερα από φίλτρα αέρα με κανονικά μεσοπορώδη φίλτρα.

Εξάλειψη Οσμών και Δυσάρεστων Μυρωδιών

Δυσάρεστες, ακόμη και ενοχλητικές, οσμές οφείλονται συχνά σε αέριες ενώσεις όπως το υδρόθειο (αυτό που μυρίζει σαν σάπιο αυγό), το μερκαπτάνιο (αυτό που μυρίζει σαν απόβλητα) και ακόμη και ορισμένα πτητικά λιπαρά οξέα (οσμές που σχετίζονται με ορισμένες μαγειρικές οσμές), και αποτελούν σημαντικό πρόβλημα για την ποιότητα του αέρα τόσο σε οικιακό όσο και σε εμπορικό επίπεδο, ειδικά για επιχειρήσεις που σχετίζονται με τρόφιμα και ακόμη και σε εγκαταστάσεις διαχείρισης αποβλήτων. Η αποτελεσματικότητα και η άνεση της ποιότητας του αέρα βελτιώνονται με τη χρήση ενεργού άνθρακα, ο οποίος καθαρίζει σημαντικά και ακόμη και απομακρύνει ενοχλητικές, δυσκολοπρόσιτες και μερικές φορές οσμηρές ενώσεις μέσα στον αέρα. Τα μόρια που προκαλούν οσμές εγκλωβίζονται και αντί να απλώς να μασκαρεύονται, εξουδετερώνονται, κάτι που οφείλεται στην υψηλή επιφανειακή περιοχή και την πορώδη μικροδομή του ενεργού άνθρακα. Σε απορροφητήρες αέρα για κουζίνες, για παράδειγμα, οι οσμές από μαγείρεμα και τρόφιμα και ακόμη και οι ατμοί από το μαγείρεμα είναι συχνά παρόντες. Σε σπίτια που είναι φιλικά προς τα κατοικίδια, η αμμωνία από ούρα, οσμές που σχετίζονται με την τρίχα των κατοικιδίων και ακόμη και τα ούρα των κατοικιδίων εγκλωβίζονται. Η δυνατότητα απομάκρυνσης οσμών κάνει τον ενεργό άνθρακα να ξεχωρίζει ως απαραίτητο στοιχείο στους απορροφητήρες αέρα. Αυτό οφείλεται κυρίως στο γεγονός ότι καλύπτει την ανάγκη των χρηστών που τα φίλτρα σωματιδίων δεν μπορούν να καλύψουν.

Συμπληρωματικός Ρόλος με Φίλτρανση Σωματιδίων

Οι φίλτρα σωματιδίων (όπως τα φίλτρα HEPA) λειτουργούν πιο αποτελεσματικά όταν χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με φίλτρα ενεργού άνθρακα, καθώς μειώνουν το φόρτο εργασίας του συστήματος. Τα φίλτρα HEPA συλλέγουν σωματίδια που μεταφέρονται με τον αέρα, όπως σκόνη, γύρη, μύκητες, τριχίδια κατοικίδιων ζώων, ωστόσο τα φίλτρα αυτά δεν μπορούν να αντιμετωπίσουν τις Πτητικές Οργανικές Ενώσεις (VOCs) και τα αέρια. Εδώ ακριβώς ξεχωρίζει ο συνδυασμός των φίλτρων ενεργού άνθρακα και HEPA, καθώς μπορούν να απομακρύνουν τόσο τα σωματιδιακά όσο και τα αέρια ρυπογόνα στοιχεία, κάτι που μπορεί να είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για την υγεία. Ένα παράδειγμα αυτού είναι η διαμόρφωση των φίλτρων που χρησιμοποιούνται στους απολυμωτές χώρου. Ο αέρας περνάει πρώτα από το προφίλτρο που συλλέγει τα μεγαλύτερα σωματίδια, στη συνέχεια ακολουθεί το φίλτρο ενεργού άνθρακα το οποίο απορροφά τις ρύπους και στη συνέχεια έρχεται το φίλτρο HEPA που συλλέγει τα λεπτά σωματίδια. Ο συνδυασμός όλων αυτών των φίλτρων θα πρέπει να μπορεί να απομακρύνει τα πιο συνηθισμένα ρυπογόνα στοιχεία, παρέχοντας καλύτερη απόδοση από ένα μόνο φίλτρο.

Βελτίωση της απόδοσης του συστήματος θέρμανσης, εξαερισμού και κλιματισμού

Η χρήση ενεργού άνθρακα στις μονάδες κλιματισμού βελτιώνει σημαντικά την αποτελεσματικότητα τους στον καθαρισμό του αέρα. Εφόσον οι μονάδες θέρμανσης, εξαερισμού και κλιματισμού διαθέτουν φίλτρα που απομακρύνουν πτητικές οργανικές ενώσεις (VOCs), καπνό και οσμές από τον αέρα, αυτά τα φίλτρα εμποδίζουν την επανακυκλοφορία ρύπων. Άλλα αέρια, όπως διαβρωτικά αέρια που θα μπορούσαν να διαβρώσουν και να καταστρέψουν γρήγορα τα πηνία και τους ανεμιστήρες των μονάδων κλιματισμού, απορροφώνται επίσης, με αποτέλεσμα καλύτερη ενεργειακή απόδοση και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής του συστήματος.

Βιομηχανικές εφαρμογές καθαρισμού αέρα

Ο ενεργός άνθρακας έχει αποδειχθεί χρήσιμος σε περιοχές με σοβαρή ρύπανση του αέρα. Ένα παράδειγμα τέτοιας εφαρμογής είναι ο καθαρισμός. Στη χημική βιομηχανία βαφής, ο ενεργός άνθρακας τοποθετείται στους αεροκαθαρτήρες. Απομακρύνει ατμούς χημικών, τοξικά αέρια, πτητικές οργανικές ενώσεις και επικίνδυνους βιομηχανικούς καπνούς. Προστατεύει επίσης τους εργαζομένους και το περιβάλλον.
Εκτός από τους ατμούς και τις χημικές εκπομπές, ο χημικός αέρας στη χημική βιομηχανία περιέχει επίσης επιβλαβή συστατικά όπως χλώριο και υδροχλωρικό υδρογόνο. Οι απορροφητές ενεργού άνθρακα απομακρύνουν τέτοιες επιβλαβείς ενώσεις, δημιουργώντας εκπομπές ασφαλείς για το περιβάλλον. Αυτά τα συστήματα βελτιώνουν επίσης την ποιότητα του αέρα στον χώρο εργασίας. Σε πολλές χώρες, υπάρχουν αυστηροί κανονισμοί για τη διαχείριση μεγάλων όγκων μολυσμένου αέρα. Η σημαντική βελτίωση της ποιότητας του αέρα στον χώρο εργασίας αυξάνει τη συμμόρφωση προς τέτοιες πολιτικές.

Παράγοντες που Επηρεάζουν την Αποτελεσματικότητα του Ενεργού Άνθρακα

Το ενεργός άνθρακας έχει παράγοντες που επηρεάζουν τη δυνατότητά του να βελτιώνει την αποτελεσματικότητα στην καθαρισμό όπως ο τύπος του άνθρακα που χρησιμοποιείται, οι εσωτερικοί πόροι, ο χρόνος επαφής και η υγρασία στον αέρα. Ο όγκος των κόκκων ενεργού άνθρακα που χρησιμοποιούνται στους κλιματιστικούς είναι GAC λόγω της υψηλής ικανότητας συγκράτησης και της μεγάλης διάρκειας ζωής του. Ο PAC χρησιμοποιείται σε μικρούς απορροφητές αέρα λόγω της ταχύτερης ικανότητας συγκράτησης. Η λειτουργία των πόρων είναι επίσης σημαντική — ο άνθρακας που έχει υψηλότερο ποσοστό μικροπόρων είναι καλύτερος στην απορρόφηση μικρών VOCs, ενώ περισσότεροι μεσοπόροι είναι καλύτεροι στα μεγαλύτερα μόρια. Ο χρόνος επαφής είναι επίσης σημαντικός — ο χρονισμένος χρόνος επαφής του αέρα που ρέει μέσα από το στρώμα άνθρακα. Η αποτελεσματικότητα βελτιώνει τον χρόνο επαφής καθαρισμού, ο αέρας είναι λιγότερος.

Η περίσσεια υγρασίας πρέπει να απομακρυνθεί για να αυξηθεί η αποτελεσματικότητα επειδή η υγρασία ανταγωνίζεται τους ρύπους σε ατμούς. Σε αυτές τις περιπτώσεις χρησιμοποιούνται διαδικασίες ξήρανσης γιατί μπορούν να αυξήσουν την απόδοση συγκράτησης και πάνω από το σημείο δρόσου ο λόγος των ατμών είναι διαχυτικά περιορισμένος.

Συντήρηση για Διατήρηση της Αποδοτικότητας

Για να διατηρηθεί η αποδοτικότητα ενός απολυμπαντήρα αέρα, είναι απαραίτητη η σωστή συντήρηση των εξαρτημάτων άνθρακα. Με την πάροδο του χρόνου, οι απορροφητήρες άνθρακα μολύνονται και στη συνέχεια χάνουν τη δυνατότητα απορρόφησης. Ανάλογα με τη συγκέντρωση των ρύπων και την ταχύτητα της ροής αέρα, η διάρκεια ζωής ενός απολυμπαντήρα αέρα είναι περίπου 3 έως 6 μήνες. Τα βιομηχανικά συστήματα GAC από την άλλη πλευρά, τείνουν να λειτουργούν για πολύ μεγαλύτερο χρονικό διάστημα μέχρι να απαιτηθεί καθαρισμός. Ο θερμικός καθαρισμός αποτελεί μία οικονομική μέθοδο ανανέωσης της χρησιμοποιημένης ενεργού άνθρακα και μπορεί να είναι μία οικονομική μέθοδος για χρήστες βιομηχανικών στρώσεων άνθρακα. Για τον μέσο οικιακό χρήστη, είναι καλύτερο να τηρείται το προβλεπόμενο πρόγραμμα συντήρησης για να διασφαλίζεται η αποδοτικότητα. Τα φίλτρα που έχουν μολυνθεί πέραν ενός ορισμένου σημείου χάνουν τη δυνατότητα να συγκρατούν αέρια και οσμές.