Quel charbon actif est le plus efficace pour l'élimination des COV intérieurs ?

Quels sont les composés organiques volatils (COV) et pourquoi sont-ils importants pour la qualité de l'air intérieur

Les COV, ou composés organiques volatils, sont essentiellement des produits chimiques à base de carbone qui ont tendance à s'évaporer lorsqu'ils sont exposés à température ambiante. On les retrouve notamment dans les pots de peinture, les sprays nettoyants que nous avons tous sous l'évier, les meubles neufs, ainsi que certains matériaux de construction utilisés lors de travaux. Le problème est que ces produits chimiques en suspension dégradent la qualité de l'air intérieur et peuvent provoquer divers problèmes de santé. Des maux de tête ou des vertiges peuvent apparaître rapidement, mais des études montrent également que l'exposition prolongée peut nuire à la fonction respiratoire et au fonctionnement cérébral. Étant donné que, selon le rapport de l'EPA de 2023, la plupart des Américains passent environ 90 % de leur vie à l'intérieur, les COV deviennent une préoccupation sérieuse tant au domicile que dans les bureaux à travers tout le pays.

Comment fonctionne le charbon actif : la science de l'adsorption pour l'élimination des COV intérieurs

Le charbon actif fonctionne en piégeant les COV par un processus appelé adsorption. En substance, les molécules de gaz s'attachent à la surface du carbone grâce à ses nombreux micropores. Un seul gramme contient des milliers de pores microscopiques dont la taille varie de moins de 2 nanomètres à environ 50 nanomètres. Ces pores confèrent au charbon actif une surface spécifique exceptionnelle, comprise entre 1 000 et 3 000 mètres carrés par gramme, ce qui équivaut approximativement à la surface de 2 à 5 terrains de tennis ! Ce matériau capture des substances nocives telles que le formaldéhyde, dont la taille est d'environ 0,45 nanomètre, et le benzène, d'environ 0,6 nanomètre. Ce phénomène est rendu possible grâce aux faibles forces d'attraction appelées forces de van der Waals, ainsi qu'à certains liens chimiques directs. Il existe une différence entre ce processus et l'absorption classique, où les substances se dissolvent dans un autre milieu. Dans le cas de l'adsorption, les molécules s'attachent littéralement directement à la matière du filtre.

Pourquoi la filtration chimique est-elle essentielle contre les polluants gazeux dans les maisons et les bureaux

Les filtres HEPA standards capturent les particules mais ne retirent pas les COV gazeux. Des études montrent que les filtres au charbon actif peuvent éliminer 60 à 90 % des produits chimiques présents dans l'air en 48 heures. Cette filtration chimique est essentielle dans les environnements contenant des meubles neufs, des agents de nettoyage ou des sources de combustion, où les niveaux de COV peuvent être 2 à 5 fois plus élevés qu'à l'extérieur.

Structure des pores et surface spécifique : leur impact sur l'efficacité d'adsorption des COV

Micropores contre mésopores : adaptation de la taille des pores aux dimensions moléculaires des COV

La capacité du charbon actif à éliminer efficacement les COV intérieurs dépend essentiellement de la correspondance entre la taille de ses pores et celle des polluants. Les petits pores de moins de 2 nanomètres sont très efficaces pour capturer les COV de petite taille, comme le formaldéhyde dont la dimension est d'environ 0,45 nm. Les pores plus grands, compris entre 2 et 50 nm, conviennent mieux à la capture de molécules plus volumineuses, telles que le toluène, d'une taille d'environ 0,67 nm. Une étude publiée en 2022 dans la revue Building and Environment a révélé un résultat intéressant concernant l'élimination du benzène : une adsorption maximale est observée lorsque l'espace microporeux disponible se situe entre environ 0,6 et 0,9 nm. Ce paramètre est crucial car il permet d'obtenir ce qu'on appelle un effet de tamisage moléculaire. Lorsque les tailles sont bien adaptées, le charbon capte davantage de contaminants sans gaspiller son potentiel d'adsorption.

Surface spécifique et son corrélation avec l'efficacité du filtre pour l'élimination des COV intérieurs

La quantité d'espace disponible à la surface d'un filtre au carbone affecte directement le nombre de molécules de COV qu'il peut capturer. Les filtres au carbone dont les surfaces spécifiques BET dépassent 1000 mètres carrés par gramme montrent généralement une capacité d'adsorption des polluants intérieurs courants supérieure d'environ 40 %. Pensez-y : chaque gramme de ce carbone actif possède une surface équivalente à environ 1,5 terrain de tennis réunis. Cette vaste surface crée de nombreux sites où les contaminants gazeux peuvent s'accumuler. Des tests en laboratoire montrent que ces carbones à haute surface spécifique peuvent éliminer environ 98 % des COV, y compris des substances comme le limonène et le xylène, lorsque les conditions sont idéales. Toutefois, dans la réalité, l'efficacité dépend fortement de facteurs tels que le débit d'air et le taux d'humidité ambiante.

Analyse des données : des surfaces BET supérieures à 1000 m²/g améliorent l'élimination des COV intérieurs

Des tests ont montré que les matériaux à base de carbone dont la surface BET dépasse 1200 mètres carrés par gramme peuvent retenir environ 92 % des composés organiques volatils lorsque les concentrations sont inférieures à 1 partie par million en volume. C'est particulièrement impressionnant comparé au taux de rétention de seulement 68 % observé avec des matériaux ayant une surface spécifique de 800 mètres carrés par gramme. Pourquoi ce phénomène ? Ces résultats supérieurs s'expliquent par la meilleure interconnexion des pores dans la structure du matériau. Lorsque les pores sont plus connectés, la résistance à l'adsorption des molécules sur la surface est moindre. Les filtres haute performance fabriqués à partir de tels matériaux durent généralement entre six et neuf mois dans les foyers, soit environ 30 % de plus que les options de filtres classiques disponibles sur le marché aujourd'hui. Bien qu'ils soient plus coûteux à l'achat, la plupart des propriétaires constatent que ces filtres permettent d'économiser de l'argent à long terme, car ils n'ont pas besoin d'être remplacés aussi fréquemment.