¿Qué carbón activado es más eficaz para la eliminación de COV en interiores?

Qué son los compuestos orgánicos volátiles (COV) y por qué son importantes para la calidad del aire interior

Los COV, o compuestos orgánicos volátiles, son básicamente sustancias químicas a base de carbono que tienden a evaporarse cuando están expuestas a temperaturas normales. Los encontramos emanando de productos como latas de pintura, aerosoles limpiadores que todos tenemos debajo del fregadero, muebles nuevos e incluso algunos materiales de construcción utilizados durante la edificación. El problema es que estos productos químicos en el aire empeoran realmente la calidad del aire interior y pueden causar todo tipo de problemas de salud. Las personas podrían tener dolores de cabeza o mareos inmediatos, pero también hay evidencia que vincula la exposición prolongada con problemas respiratorios y funcionamiento cerebral. Dado que, según el informe de la EPA de 2023, la mayoría de las personas en Estados Unidos pasan aproximadamente el 90 por ciento de sus vidas dentro de edificios, esto significa que los COV se están convirtiendo en un asunto serio de preocupación tanto en hogares como en oficinas en todo el país.

Cómo funciona el carbón activado: La ciencia de la adsorción para la eliminación de COV en interiores

El carbón activado funciona atrapando los COV mediante un proceso llamado adsorción. Básicamente, las moléculas de gas se adhieren a la superficie del carbón debido a sus numerosos poros microscópicos. Un solo gramo contiene miles de poros que van desde menos de 2 nanómetros hasta aproximadamente 50 nanómetros de tamaño. Estos poros le otorgan al carbón activado una superficie asombrosa de entre 1.000 y 3.000 metros cuadrados por gramo, lo que equivale más o menos a 2 o 5 canchas de tenis completas. Este material captura sustancias nocivas como el formaldehído, que mide alrededor de 0,45 nanómetros de ancho, y el benceno, con aproximadamente 0,6 nanómetros. Lo hace gracias a débiles atracciones conocidas como fuerzas de Van der Waals, además de algunos enlaces químicos directos. Existe una diferencia entre esto y la absorción común, donde las sustancias se disuelven dentro de otra. En la adsorción, las moléculas se adhieren literalmente a la superficie del material del filtro.

Por qué la filtración química es esencial para los contaminantes gaseosos en hogares y oficinas

Los filtros HEPA estándar capturan partículas pero no eliminan los COV gaseosos. Las investigaciones muestran que los filtros de carbón activado pueden eliminar entre el 60 % y el 90 % de los productos químicos en el aire en un plazo de 48 horas. Esta filtración química es crucial en entornos con muebles nuevos, agentes de limpieza o fuentes de combustión, donde los niveles de COV pueden ser de 2 a 5 veces más altos que en el exterior.

Estructura de poros y área superficial: cómo afectan la eficiencia de adsorción de COV

Microporos vs. mesoporos: coincidencia del tamaño de poro con las dimensiones moleculares de los COV

La eficacia con la que el carbón activado elimina los COV en interiores depende realmente de si sus poros coinciden con el tamaño de los contaminantes. Los poros pequeños, menores de 2 nanómetros, son excelentes para atrapar COV diminutos como el formaldehído, que mide aproximadamente 0,45 nm de ancho. Los poros más grandes, de entre 2 y 50 nm, son más adecuados para capturar moléculas mayores, como el tolueno, que tiene un tamaño aproximado de 0,67 nm. Una investigación de 2022 publicada en la revista Building and Environment reveló también un dato interesante sobre la eliminación del benceno: descubrieron que la adsorción máxima se produce cuando hay disponible un espacio microporoso de aproximadamente 0,6 a 0,9 nm. Es fundamental acertar con esto, ya que así se crea lo que se conoce como efecto de tamizado molecular. Cuando todo coincide correctamente, el carbón captura más contaminantes sin desperdiciar su potencial de absorción.

Área superficial y su correlación con la eficiencia del filtro para la eliminación de COV en interiores

La cantidad de espacio disponible en la superficie de un filtro de carbón activado afecta directamente cuántas moléculas de COV puede capturar. Los filtros de carbón con áreas superficiales BET superiores a 1000 metros cuadrados por gramo generalmente muestran aproximadamente un 40 por ciento mayor capacidad para atrapar contaminantes típicos del aire interior. Piense en esto: cada gramo de este carbón activado tiene más o menos la misma superficie que 1,5 canchas de tenis juntas. Esa enorme superficie crea numerosos lugares donde los contaminantes gaseosos pueden adherirse. Pruebas de laboratorio muestran que estos carbones de alta superficie específica pueden eliminar alrededor del 98 % de los COV, incluyendo sustancias como limoneno y xileno, cuando las condiciones son ideales. Sin embargo, lo que sucede en la vida real depende en gran medida de factores como la velocidad del flujo de aire y los niveles de humedad en el entorno.

Información destacada: Áreas superficiales BET superiores a 1000 m²/g mejoran la eliminación de COV en interiores

Las pruebas han demostrado que los materiales de carbono con áreas superficiales BET superiores a 1200 metros cuadrados por gramo pueden retener alrededor del 92 % de los compuestos orgánicos volátiles cuando las concentraciones están por debajo de 1 parte por millón en volumen. Esto es bastante impresionante en comparación con la tasa de retención del 68 % observada en materiales con solo 800 metros cuadrados por gramo de área superficial. ¿Por qué ocurre esto? Bueno, estos resultados superiores se deben a qué tan bien conectados están los poros dentro de la estructura del material. Cuando los poros están mejor conectados, hay menos resistencia para que las moléculas se adhieran a la superficie durante los procesos de adsorción. Los filtros de alto rendimiento fabricados con estos materiales suelen durar entre seis y nueve meses en hogares, lo que representa aproximadamente un 30 % más que lo que ofrecen las opciones de filtros comunes disponibles actualmente en el mercado. Aunque su costo inicial puede ser mayor, la mayoría de los propietarios consideran que estos filtros terminan ahorrando dinero a largo plazo porque no es necesario reemplazarlos con tanta frecuencia.