L'impatto del carbone attivo sull'efficienza della purificazione dell'aria

I sistemi moderni per la purificazione dell'aria sono diventati sempre più complessi ed efficienti grazie alla versatilità del carbone attivo nel filtrare anche i contaminanti aerodispersi più difficili da catturare, che sopravvivono alla prima fase di filtrazione. Mentre i filtri HEPA sono orientati verso la materia particolata, il carbone attivo agisce nella rimozione e adsorbimento di inquinanti gassosi, odori e composti organici volatili che infettano l'aria interna/esterna. A differenza degli altri contaminanti, questi inquinanti tendono a essere invisibili ad occhio nudo, motivo per cui i purificatori d'aria a carbone attivo, i sistemi HVAC e altri depuratori industriali sono così efficaci nell'amplificare le prestazioni di purificazione. Questo articolo ha l'obiettivo di delineare i vari metodi e l'entità in cui il carbone attivo contribuisce alla purificazione dell'aria e alla sua comprovata determinazione dell'efficacia.

Meccanismo di Adsorbimento per Contaminanti Gassosi

Il motivo per cui il carboni attivo migliora l'efficienza dei purificatori d'aria, più di ogni altra cosa, è dovuto alla sua unica capacità di `adsorbimento` sui inquinanti gassosi. Durante i processi di attivazione ad alta temperatura, i carboni attivi sviluppano un'organizzazione su scala micrometrica di pori, il che fa sì che l'area superficiale del carbonio attivo raggiunga centinaia di metri quadrati per grammo. Quando vengono utilizzati letti di carbonio, l'aria contaminata viene fatta passare attraverso questi letti e le molecole in fase gassosa vengono attratte verso i pori dei carboni tramite biotrasferimento. Questo processo viene utilizzato principalmente per l'aria inquinata che contiene COV (composti organici volatili) come il toluene nei prodotti per la pulizia, la formaldeide nei carburanti e nelle vernici e altro ancora. Altri inquinanti gassosi che possono essere rimossi con questo processo sono l'ammoniaca e il biossido di zolfo. Quando l'aria è satura, la struttura del carbonio non subisce ulteriori modifiche e non lascia alcun sottoprodotto, poiché non avvengono reazioni chimiche.

Rimozione mirata dei Composti Organici Volatili (COV)

L'esposizione ai COV nell'aria è nota per irritare l'apparato respiratorio e causare altre complicazioni a lungo termine, grazie alla capacità di queste sostanze di bypassare i normali filtri. Questo problema specifico di filtrazione dei COV viene risolto grazie al carbone attivo, che è noto per adsorbire in modo efficiente i COV. Questo lo rende un'ottima alternativa ai filtri per l'aria nelle nuove costruzioni, negli uffici di stampa e in altri ambienti ricchi di COV. I filtri per l'aria a base di carbone attivo si sono dimostrati efficaci nell'eliminare COV di tutte le dimensioni molecolari e polarità grazie alla loro struttura porosa peculiare. Ad esempio, formaldeide e xilene, con pesi molecolari rispettivamente di 30,03 g/mol e 106,16 g/mol, vengono catturati dai micropori e mesopori di dimensione < 2 e 2-50 nanometri, rispettivamente. Questa adsorbimento così affidabile e rapido è il motivo per cui i filtri per l'aria con carbone attivo funzionano meglio rispetto i filtri per l'aria con normali filtri mesoporosi.

Eliminazione di Odori e Cattivi Smelli

Odori sgradevoli, addirittura fastidiosi, sono spesso causati da composti gassosi come il solfuro di idrogeno (l'odore delle uova marce), le mercaptane (l'odore delle fognature) e persino alcuni acidi grassi volatili (odori associati a certi cibi), e rappresentano un grosso problema per la qualità dell'aria sia nelle abitazioni che in ambito commerciale, specialmente per attività legate alla ristorazione e alla gestione dei rifiuti. L'efficacia e il comfort in termini di qualità dell'aria migliorano grazie all'utilizzo del carbonio attivo, che purifica considerevolmente, e in alcuni casi elimina, composti fastidiosi, irritanti e a volte maleodoranti presenti nell'aria. Le molecole responsabili degli odori vengono catturate e neutralizzate, invece che semplicemente mascherate, grazie all'elevata area superficiale e alla microstruttura porosa del carbonio attivo. Nei purificatori d'aria per cucine, ad esempio, sono spesso presenti odori derivanti dalla cottura e dagli alimenti, così come fumi di cottura. In ambienti domestici con animali domestici, vengono catturati l'ammoniaca presente nell'urina, gli odori associati alla forfora degli animali e persino l'urina stessa. La funzione di rimozione degli odori rende il carbonio attivo un elemento essenziale nei purificatori d'aria. Questo avviene soprattutto perché soddisfa esigenze degli utenti che i filtri per particolato non riescono a garantire.

Ruolo Complementare con Filtrazione di Particolato

I filtri per particelle (come i filtri HEPA) funzionano in modo più efficace quando vengono utilizzati insieme a filtri al carbonio attivo, riducendo il carico di lavoro del sistema. I filtri HEPA catturano le particelle presenti nell'aria, come polvere, polline, spore di muffa e forfora degli animali domestici; tuttavia, questi filtri non sono in grado di eliminare i COV (composti organici volatili) e i gas. È in questo contesto che la combinazione di filtri al carbonio attivo e filtri HEPA si distingue, poiché rimuove sia contaminanti particolati sia gassosi, risultando particolarmente utile per la salute. Un esempio pratico è rappresentnato dalla configurazione dei filtri utilizzati nei purificatori domestici. L'aria passa dapprima attraverso il pre-filtro, che cattura le particelle più grandi, seguito poi da un filtro al carbonio attivo che adsorbe i gas; infine, il filtro HEPA cattura le particelle fini. La combinazione di tutti questi filtri dovrebbe essere in grado di eliminare la maggior parte dei contaminanti di tipo comune, appartenenti a una classe superiore di filtrazione, risultando molto più efficace rispetto a un singolo filtro.

Miglioramento delle prestazioni del sistema HVAC

L'utilizzo di carboni attivi nelle unità di condizionamento dell'aria ottimizza in modo significativo l'efficacia di purificazione dell'aria. Dal momento che le unità HVAC sono dotate di filtri che rimuovono i composti organici volatili (VOC), il fumo e gli odori dall'aria, questi filtri impediscono la ricircolazione di contaminanti. Altri gas, come gas corrosivi che potrebbero rapidamente corrodere e danneggiare le serpentine e le ventole delle unità di condizionamento, vengono anch'essi assorbiti, portando a un migliore efficienza energetica e una maggiore durata del sistema.

Applicazioni industriali di purificazione dell'aria

Il carbonio attivo si è dimostrato utile in aree con inquinamento atmosferico intenso. Un esempio di ciò è la purificazione. Nelle industrie della verniciatura chimica, il carbonio attivo viene inserito negli scrubber d'aria. Rimuove vapori chimici, gas tossici, composti organici volatili e fumi industriali pericolosi. Protegge inoltre i lavoratori e l'ambiente.
Oltre ai vapori e alle emissioni chimiche, i gas di scarico chimici del settore chimico contengono anche sostanze dannose come cloro e cloruro di idrogeno. I depuratori a carbone attivo rimuovono tali composti nocivi, generando emissioni sicure per l'ambiente. Questi sistemi migliorano inoltre la qualità dell'aria nei luoghi di lavoro. In molti Paesi esistono normative rigorose per la gestione di grandi volumi di aria contaminata. Un significativo miglioramento della qualità dell'aria nei luoghi di lavoro aumenta la conformità a tali normative.

Fattori che influenzano l'efficacia del carbone attivo

Il carbonio attivo presenta fattori che influenzano la sua capacità di migliorare l'efficienza nella purificazione, come il tipo di carbonio utilizzato, i pori interni, il tempo di contatto e l'umidità nell'aria. Il volume dei granuli di carbonio attivo utilizzati nei condizionatori d'aria è GAC (Granular Activated Carbon) grazie alla sua elevata capacità di ritenzione e alla lunga durata. Il PAC (Powdered Activated Carbon) viene utilizzato nei piccoli purificatori d'aria a causa della sua più rapida capacità di ritenzione. La funzione dei pori è altresì importante: il carbonio con una percentuale maggiore di micropori è migliore nella cattura di VOC di piccole dimensioni, mentre una maggiore presenza di mesopori è migliore per molecole più grandi. Anche il tempo di contatto è importante: si riferisce al tempo in cui l'aria scorre attraverso il letto di carbonio. L'efficienza migliora con il tempo di contatto per la purificazione; in tal modo, l'aria risulta meno inquinata.

L'eccessiva umidità deve essere rimossa per aumentare l'efficienza, poiché l'umidità cattura i contaminanti gassosi. In questi casi vengono utilizzati processi di essiccazione, in quanto possono aumentare l'efficienza di ritenzione e, al di sopra del punto di rugiada, il rapporto di vapore è limitato dalla diffusione.

Manutenzione per un'efficienza sostenuta

Per mantenere l'efficienza di un purificatore d'aria, è fondamentale effettuare una corretta manutenzione dei componenti a carbone. Con il tempo, gli adsorbitori di carbone si contaminano e perdono progressivamente la capacità di adsorbire. A seconda della concentrazione degli inquinanti e della velocità del flusso d'aria, la durata di un purificatore d'aria è all'incirca tra i 3 e i 6 mesi. I sistemi industriali/GAC invece tendono a funzionare per periodi significativamente più lunghi prima di richiedere un lavaggio. Il lavaggio termico è considerato un metodo poco costoso per rigenerare il carbone esausto ed è un'opzione economicamente vantaggiosa per gli utilizzatori industriali di letti di carbone. Per l'utente domestico medio, è preferibile attenersi al programma di manutenzione indicato per preservare l'efficacia. I filtri contaminati oltre un certo limite perdono la capacità di trattenere gas e odori.