Impact du charbon actif sur l'efficacité de la purification de l'air

Les systèmes modernes de purification de l'air sont devenus de plus en plus complexes et efficaces grâce à la polyvalence du charbon actif, capable de filtrer même les contaminants aériens les plus tenaces échappant à la première phase de filtration. Alors que les filtres HEPA sont conçus pour retenir les particules, le charbon actif agit sur l'élimination et l'adsorption des polluants gazeux, des odeurs et des composés organiques volatils affectant la qualité de l'air intérieur/extérieur. Contrairement aux autres contaminants, ces polluants ont tendance à être invisibles à l'œil nu, ce qui explique pourquoi les purificateurs d'air au charbon actif, les systèmes CVC (chauffage, ventilation et climatisation) et autres dispositifs de nettoyage industriel sont si efficaces pour amplifier les performances de purification. Cet article vise à présenter les différentes méthodes et l'ampleur selon lesquelles le charbon actif contribue à la purification de l'air ainsi que les preuves attestant de son efficacité.

Mécanisme d'adsorption des contaminants gazeux

La raison pour laquelle le charbon actif améliore l'efficacité des purificateurs d'air, plus que tout autre chose, est liée à sa capacité unique d'`adsorption` des polluants gazeux. Lors des processus d'activation à haute température, les charbons actifs développent une structure microporeuse à l'échelle microscopique, ce qui fait que la surface du charbon actif peut atteindre plusieurs centaines de mètres carrés par gramme. Lorsque des lits de charbon sont utilisés, l'air contaminé est fait passer à travers ces lits, et les molécules en phase gazeuse sont attirées vers les pores du charbon par biotransfert. Ce processus est principalement utilisé pour traiter de l'air pollué contenant des COV (composés organiques volatils) tels que le toluène présent dans les produits de nettoyage, le formaldéhyde contenu dans les carburants et les peintures, entre autres. D'autres polluants gazeux pouvant être éliminés par ce procédé sont l'ammoniac et le dioxyde de soufre. Lorsque l'air est saturé, la structure du charbon ne subit aucun changement et ne laisse aucun sous-produit, car aucune réaction chimique ne se produit.

Élimination ciblée des composés organiques volatils (COV)

Il est connu que l'exposition aux COV dans l'air peut irriter le système respiratoire et entraîner d'autres complications à long terme, ces substances étant capables de contourner les filtres courants. Ce problème spécifique de filtration des COV est résolu grâce au charbon actif, reconnu pour adsorber efficacement les COV. Cela en fait une excellente alternative aux filtres à air dans les constructions neuves, les bureaux d'impression et autres environnements riches en COV. Les filtres à air au charbon actif se sont révélés efficaces pour éliminer les COV de toutes tailles moléculaires et polarités, grâce à leur structure poreuse distinctive. Par exemple, le formaldéhyde et le xylène, dont les masses moléculaires sont respectivement de 30,03 g/mol et 106,16 g/mol, sont captés par des micropores et des mésopores de dimensions inférieures à 2 nanomètres et entre 2 et 50 nanomètres respectivement. Une adsorption aussi fiable et rapide explique pourquoi les filtres à air contenant du charbon actif fonctionnent mieux que les filtres à air dotés de filtres mésoporeux classiques.

Élimination des odeurs et mauvaises odeurs

Les odeurs désagréables, voire gênantes, sont souvent provoquées par des composés gazeux tels que le sulfure d'hydrogène (celui des œufs pourris), les mercaptans (caractéristiques des égouts) et même certains acides gras volatils (associés à certaines odeurs de cuisson). Elles constituent un véritable problème pour la qualité de l'air, tant dans les logements que dans les établissements commerciaux, notamment les restaurants et les centres de gestion des déchets. L'utilisation de charbon actif améliore nettement l'efficacité et le confort en matière de qualité de l'air, en épurant et même en éliminant les composés désagréables, irritants ou odorants. Les molécules responsables des odeurs sont captées et neutralisées, plutôt que simplement masquées, grâce à la grande surface et à la microstructure poreuse du charbon actif. Dans les purificateurs d'air destinés aux cuisines, par exemple, les odeurs de cuisson, les fumées alimentaires ou encore les émanations de cuisson sont souvent présentes. Dans les maisons accueillant des animaux de compagnie, l'ammoniac provenant de l'urine, les odeurs liées aux peluches et même l'urine animale sont capturées. La fonction d'élimination des odeurs fait du charbon actif un élément essentiel des purificateurs d'air. Cela s'explique principalement par le fait qu'il répond à un besoin que les filtres à particules ne parviennent pas à satisfaire.

Rôle complémentaire avec filtration des particules

Les filtres à particules (comme les filtres HEPA) fonctionnent plus efficacement lorsqu'ils sont utilisés conjointement avec des filtres au charbon actif, ce qui allège la charge de travail du système. Les filtres HEPA capturent les particules en suspension dans l'air, telles que la poussière, le pollen, les spores de moisissure et les squames d'animaux domestiques, mais ces filtres ne parviennent toutefois pas à éliminer les COV (composés organiques volatils) et les gaz. C'est précisément ici que l'association de filtres au charbon actif et de filtres HEPA montre son efficacité, car elle permet d'éliminer à la fois les contaminants particulaires et gazeux, ce qui peut s'avérer particulièrement bénéfique pour la santé. Un exemple concret est la configuration des filtres utilisée dans les purificateurs domestiques. L'air passe d'abord à travers le préfiltre qui capture les plus grosses particules, puis à travers un filtre au charbon actif qui adsorbe les substances gazeuses. Enfin, l'air passe à travers le filtre HEPA qui capture les particules fines. La combinaison de tous ces filtres devrait permettre d'éliminer la plupart des contaminants fauniques courants, offrant ainsi une classe de filtration supérieure, bien plus efficace qu'un filtre individuel.

Amélioration des performances du système de chauffage, de ventilation et de climatisation (HVAC)

L'utilisation de charbon actif dans les unités de climatisation optimise considérablement leur efficacité de purification de l'air. Étant donné que les unités HVAC sont équipées de filtres qui éliminent les composés organiques volatils (COV), la fumée et les odeurs de l'air, ces filtres empêchent la recirculation des contaminants. D'autres gaz, tels que les gaz corrosifs qui pourraient rapidement corroder et endommager les serpentins et les ventilateurs des unités de climatisation, sont également absorbés, ce qui améliore l'efficacité énergétique et prolonge la durée de vie du système.

Applications industrielles de purification de l'air

Le charbon actif s'est révélé utile dans les zones fortement touchées par la pollution atmosphérique. Un exemple en est la purification dans les industries de peinture chimique, où le charbon actif est placé dans les laveurs d'air. Il élimine les vapeurs chimiques, les gaz toxiques, les composés organiques volatils ainsi que la fumée industrielle dangereuse. Il protège également les travailleurs et l'environnement.
Outre les vapeurs et émissions chimiques, les gaz d'échappement chimiques de l'industrie chimique contiennent également des substances nocives telles que le chlore et le chlorure d'hydrogène. Les laveurs au charbon actif éliminent ces composés nocifs, rendant les émissions sans danger pour l'environnement. Ces systèmes améliorent également la qualité de l'air sur le lieu de travail. Dans de nombreux pays, des réglementations strictes encadrent la gestion de grands volumes d'air contaminé. Une amélioration significative de la qualité de l'air sur le lieu de travail favorise la conformité à ces politiques.

Facteurs influençant l'efficacité du charbon actif

Le charbon actif possède des caractéristiques qui influencent son efficacité en matière de purification, telles que le type de carbone utilisé, les pores internes, le temps de contact et l'humidité de l'air. Le volume des granulés de charbon actif utilisés dans les climatiseurs est du GAC (Granular Activated Carbon) en raison de sa haute capacité de rétention et de sa longue durée de vie. Le PAC (Powdered Activated Carbon) est utilisé dans les petits purificateurs d'air grâce à sa capacité de rétention plus rapide. La fonction des pores est également importante : un charbon présentant un pourcentage plus élevé de micropores est plus efficace pour capturer les COV (composés organiques volatils) de petite taille, tandis qu'un plus grand nombre de mésopores est plus efficace pour les molécules plus grandes. Le temps de contact est également un facteur important : il correspond au temps de passage de l'air à travers la couche de charbon. Une efficacité accrue améliore le temps de purification, ce qui rend l'air moins chargé en polluants.

L'excès d'humidité doit être éliminé afin d'augmenter l'efficacité, car l'humidité piège les polluants sous forme de vapeur. Des procédés de séchage sont utilisés dans ces cas, car ils permettent d'augmenter l'efficacité de rétention, et au-dessus du point de rosée, le rapport de vapeur est limité par diffusion.

Maintenance pour une efficacité durable

Afin de maintenir l'efficacité d'un purificateur d'air, un entretien approprié des composants en carbone est essentiel. Avec le temps, les adsorbeurs en carbone sont contaminés et perdent progressivement leur capacité d'adsorption. Selon la concentration des polluants et la vitesse de l'écoulement de l'air, la durée de vie d'un purificateur d'air est d'environ 3 à 6 mois. Les systèmes industriels/GAC, quant à eux, ont tendance à fonctionner pendant une période nettement plus longue avant de nécessiter un nettoyage. Le nettoyage par la chaleur constitue une méthode peu coûteuse pour renouveler le carbone usé, et peut s'avérer rentable pour un utilisateur industriel disposant d'un lit de carbone. Pour l'utilisateur moyen à domicile, il est préférable de respecter le calendrier recommandé afin de préserver l'efficacité. Les filtres trop contaminés finissent par perdre leur capacité à retenir les gaz et les odeurs.