Impacto del Carbón Activado en la Eficiencia de Purificación del Aire

Los sistemas modernos para purificar el aire han evolucionado y se han vuelto cada vez más complejos y eficientes gracias a la versatilidad del carbón activado a la hora de filtrar incluso los contaminantes aéreos más difíciles de capturar tras la primera fase de filtración. Mientras que los filtros HEPA están diseñados específicamente para partículas, el carbón activado actúa en la eliminación y adsorción de contaminantes gaseosos, olores y compuestos orgánicos volátiles que afectan al aire interior/exterior. A diferencia del resto de contaminantes, estos suelen ser invisibles al ojo humano, hecho que explica por qué los purificadores de aire con carbón activado, los sistemas HVAC y otros depuradores industriales son tan eficaces en mejorar el rendimiento de la purificación. Este artículo tiene como objetivo esbozar las diversas formas y el alcance en los que el carbón activado contribuye a la purificación del aire, así como demostrar su eficacia.

Mecanismo de Adsorción para Contaminantes Gaseosos

La razón por la que el carbón activado mejora la eficiencia del purificador de aire, más que cualquier otra cosa, es debido a su capacidad única de `adsorción` sobre contaminantes gaseosos. Durante los procesos de activación a alta temperatura, los carbones activados desarrollan una disposición a escala micro de poros, lo que hace que el área superficial del carbón activado alcance cientos de metros cuadrados por gramo. Cuando se utilizan lechos de carbón, el aire contaminado pasa a través de estos lechos y las moléculas en fase gaseosa son atraídas hacia los poros de los carbones mediante biotransferencia. Este proceso se usa principalmente para aire contaminado que contiene COV (compuestos orgánicos volátiles) como el tolueno en productos de limpieza, formaldehído en combustibles y pinturas, entre otros. Otros contaminantes gaseosos que este proceso puede eliminar son el amoníaco y el dióxido de azufre. Cuando el aire está saturado, la estructura del carbón no sufrirá cambios y no dejará subproductos, ya que no ocurrirán reacciones químicas.

Eliminación Dirigida de Compuestos Orgánicos Volátiles (COV)

Se sabe que la exposición a COV en el aire puede irritar el sistema respiratorio y generar otras complicaciones a largo plazo debido a la capacidad de estas sustancias para sortear filtros comunes. Este problema refinado de filtración de COV se resuelve mediante el carbón activado, que es conocido por adsorber eficientemente los COV. Esto lo convierte en una excelente alternativa de filtro de aire en nuevas construcciones, oficinas de impresión y otros ambientes ricos en COV. Los filtros de aire con carbón activado han demostrado ser capaces de eliminar COV de todos los tamaños moleculares y polaridades gracias a su estructura porosa distintiva. Por ejemplo, el formaldehído y el xileno, con pesos moleculares de 30,03 g/mol y 106,16 g/mol respectivamente, son captados por microporos y mesoporos de < 2 y 2-50 nanómetros respectivamente. Una adsorción tan confiable y rápida es la razón por la cual los filtros de aire con carbón activado tienen un mejor desempeño que los filtros de aire con filtros mesoporosos normales.

Eliminación de olores y malos olores

Olores desagradables e incluso molestos suelen ser causados por compuestos gaseosos como el sulfuro de hidrógeno (lo que huele a huevos podridos), mercaptanos (lo que huele a alcantarilla) e incluso ciertos ácidos grasos volátiles (olores asociados con ciertos aromas culinarios), y representan un gran problema para la calidad del aire tanto en entornos residenciales como comerciales, especialmente para establecimientos dedicados a la comida e incluso instalaciones de gestión de residuos. La eficacia y comodidad en la calidad del aire mejoran al utilizar carbón activado, que purifica considerablemente e incluso elimina compuestos molestos, persistentes y a veces malolientes en el aire. Las moléculas causantes del olor son capturadas y, en lugar de simplemente enmascararlas, son neutralizadas, gracias al resultado del elevado área superficial y la microestructura porosa del carbón activado. En purificadores de aire para cocinas, por ejemplo, están presentes los olores a comida y cocción e incluso los humos producidos al cocinar. En hogares con mascotas, se capturan el amoníaco proveniente de la orina, los olores relacionados con la caspa y la orina de las mascotas. La característica de eliminación de olores diferencia al carbón activado como elemento esencial en los purificadores de aire. Esto se debe principalmente a que cumple una necesidad para los usuarios que los filtros de partículas no logran satisfacer.

Papel Complementario con Filtración de Partículas

Los filtros de partículas (como los filtros HEPA) funcionan más eficazmente cuando se utilizan junto con filtros de carbón activado, lo que reduce la carga de trabajo del sistema. Los filtros HEPA capturan partículas en el aire, como polvo, polen, esporas de moho y caspa de mascotas, pero estos filtros HEPA aún no pueden combatir los COV y gases. Aquí es donde la combinación de carbón activado y filtros HEPA destaca, ya que eliminarán contaminantes tanto particulados como gaseosos, lo cual podría ser especialmente beneficioso para la salud. Un ejemplo de esto sería la configuración de los filtros utilizados en purificadores residenciales. El aire primero pasa a través del prefiltro, que captura las partículas más grandes, seguido por un filtro de carbón activado que adsorbe los contaminantes gaseosos mediante el filtro de carbón. El último en la línea es el filtro HEPA, que captura partículas finas. La combinación de todos estos filtros debería ser capaz de eliminar los contaminantes faunales más comunes como una categoría más amplia de filtro, lo cual funcionará mucho más eficazmente que un filtro individual.

Mejora del rendimiento del sistema de climatización

El uso de carbón activado en unidades de aire acondicionado optimiza significativamente su efectividad en la purificación del aire. Dado que las unidades de climatización (HVAC) están compuestas por filtros que extraen compuestos orgánicos volátiles (COV), humo y olores del aire, estos filtros evitan la recirculación de contaminantes. Otros gases, como gases corrosivos que podrían corroer y dañar rápidamente los serpentines y ventiladores de las unidades de aire acondicionado, también son absorbidos, lo que conduce a una mejor eficiencia energética y una mayor vida útil del sistema.

Aplicaciones industriales de purificación del aire

El carbón activado ha demostrado ser útil en áreas con alta contaminación del aire. Un ejemplo de ello es la purificación en industrias de pintura química, donde el carbón activado se rellena en los lavadores de aire. Elimina vapores químicos, gases tóxicos, compuestos orgánicos volátiles y humo industrial peligroso. También protege a los trabajadores y al medio ambiente.
Además de los vapores y emisiones químicas, el escape químico en la industria química también contiene sustancias nocivas como el cloro y el cloruro de hidrógeno. Los lavadores de carbón activado eliminan tales compuestos nocivos, creando emisiones seguras para el medio ambiente. Estos sistemas también mejoran la calidad del aire en el lugar de trabajo. En muchos países existen regulaciones estrictas para manejar grandes volúmenes de aire contaminado. Una mejora sustancial en la calidad del aire en el lugar de trabajo incrementa el cumplimiento de dichas políticas.

Factores que Influyen en la Eficiencia del Carbón Activado

El carbón activado tiene factores que afectan su capacidad para mejorar la eficiencia en la purificación, como el tipo de carbón utilizado, los poros internos, el tiempo de contacto y la humedad en el aire. El volumen de granos de carbón activado utilizados en los acondicionadores de aire es GAC debido a su alta capacidad de retención y larga vida útil. El PAC se utiliza en purificadores de aire pequeños debido a su capacidad de retención más rápida. La función de los poros también es importante: el carbón que tiene un porcentaje más alto de microporos es mejor para capturar compuestos orgánicos volátiles pequeños, mientras que más mesoporos es mejor para moléculas más grandes. El tiempo de contacto también es importante: tiempo de contacto del aire que fluye a través de la cama de carbón. La eficiencia mejora el tiempo de contacto de purificación, el aire es menos.

La humedad excesiva debe eliminarse para aumentar la eficiencia porque la humedad compite por los contaminantes en forma de vapor. En estos casos se utilizan procesos de secado porque pueden aumentar la eficiencia de retención y por encima del punto de rocío la relación de vapor está limitada por difusión.

Mantenimiento para una Eficiencia Sostenida

Para mantener la eficiencia de un purificador de aire, el adecuado mantenimiento de los componentes de carbón es crucial. Con el tiempo, los adsorbedores de carbón se contaminan y, posteriormente, pierden su capacidad de adsorción. Dependiendo de la concentración de contaminantes y la velocidad del flujo de aire, la vida útil de un purificador de aire es de aproximadamente 3 a 6 meses. Los sistemas industriales/GAC, por otro lado, suelen funcionar por un período significativamente más largo hasta que se requiera su limpieza. La regeneración térmica es un método económico para renovar el carbón usado, y puede ser un método rentable para un usuario industrial con lecho de carbón. Para el usuario promedio del hogar, lo mejor es seguir el programa establecido para mantener su efectividad. Los filtros contaminados más allá de un cierto punto pierden la capacidad de retener gases y olores.