Apakah Karbon Aktif yang Paling Berkesan untuk Menghilangkan VOC Dalaman?

Apakah sebatian organik mudah meruap (VOCs) dan mengapa ia penting untuk kualiti udara dalaman

VOCs, atau sebatian organik mudah meruap, pada asasnya adalah bahan kimia berasaskan karbon yang cenderung menguap apabila berada di persekitaran suhu biasa. Kita mendapatinya daripada perkara seperti tin cat, aerosol pembersih yang ada di bawah sinki, perabot baharu, dan malah sesetengah bahan binaan yang digunakan semasa pembinaan. Masalahnya, bahan kimia terbang ini sebenarnya menjejaskan kualiti udara dalaman kita dan boleh menyebabkan pelbagai masalah kesihatan. Orang mungkin mengalami sakit kepala atau rasa pening serta-merta, tetapi terdapat juga bukti yang mengaitkan pendedahan jangka panjang dengan masalah pernafasan dan fungsi otak. Memandangkan kebanyakan rakyat Amerika menghabiskan kira-kira 90 peratus dari hidup mereka di dalam bangunan menurut laporan EPA dari tahun 2023, ini bermakna VOCs kini menjadi perkara serius yang perlu diberi perhatian baik di rumah mahupun di pejabat seluruh negara.

Bagaimana karbon aktif berfungsi: Sains penyerapan untuk penyingkiran VOCs dalaman

Karbon aktif berfungsi dengan menangkap VOC melalui proses yang dikenali sebagai penjerapan. Secara asasnya, molekul gas melekat pada permukaan karbon kerana karbon mempunyai banyak lubang halus. Satu gram karbon aktif sebenarnya mengandungi beribu-ribu liang mikroskopik yang saiznya antara kurang daripada 2 nanometer hingga kira-kira 50 nanometer. Liang-liang ini memberikan karbon aktif luas permukaan yang luar biasa, iaitu antara 1,000 hingga 3,000 meter persegi per gram, setara dengan keluasan 2 hingga 5 gelanggang tenis bersaiz penuh! Bahan ini menangkap bahan-bahan berbahaya seperti formaldehid, yang berukuran kira-kira 0.45 nanometer, dan benzena pada kira-kira 0.6 nanometer. Ia melakukan ini disebabkan oleh daya tarikan lemah yang dikenali sebagai daya van der Waals serta sedikit ikatan kimia langsung. Terdapat perbezaan antara ini dengan penyerapan biasa di mana sesuatu larut ke dalam bahan lain. Dalam penjerapan, molekul-molekul tersebut secara literal melekat terus pada bahan penapis.

Mengapa penapisan kimia penting untuk pencemar gas di rumah dan pejabat

Penapis HEPA piawai menangkap zarah tetapi tidak menghilangkan VOC gas. Penyelidikan menunjukkan penapis arang aktif boleh menghapuskan 60–90% bahan kimia udara dalam tempoh 48 jam. Penapisan kimia ini adalah penting dalam persekitaran dengan perabot baharu, agen pembersih, atau sumber pembakaran, di mana tahap VOC boleh 2–5 kali lebih tinggi daripada luaran.

Struktur Liang dan Keluasan Permukaan: Bagaimana Ia Mempengaruhi Kecekapan Penjerapan VOC

Liang Mikro berbanding Liang Mesoporos: Padanan Saiz Liang dengan Dimensi Molekul VOC

Sejauh mana karbon aktif menghilangkan VOC dalaman bergantung kepada sama ada liangnya sepadan dengan saiz bahan pencemar. Liang kecil di bawah 2 nanometer berkesan untuk menangkap VOC kecil seperti formaldehid yang berukuran kira-kira 0.45 nm. Liang yang lebih besar antara 2 hingga 50 nm lebih sesuai untuk menangkap molekul yang lebih besar seperti toluena yang berukuran kira-kira 0.67 nm. Kajian dari tahun 2022 dalam jurnal Building and Environment menunjukkan penemuan menarik mengenai penyingkiran benzena juga. Mereka mendapati penjerapan maksimum berlaku apabila terdapat ruang mikropori sekitar 0.6 hingga 0.9 nm. Perkara ini amat penting kerana ia mencipta apa yang dikenali sebagai kesan penapisan molekul. Apabila semua perkara sejajar dengan betul, karbon dapat menangkap lebih banyak kontaminan tanpa membazirkan potensi penyerapannya.

Luas Permukaan dan Kaitannya dengan Kecekapan Penapis bagi Penyingkiran VOC Dalaman

Jumlah ruang yang tersedia pada permukaan penapis karbon secara langsung mempengaruhi bilangan molekul VOC yang dapat ditangkap. Penapis karbon yang diberi kadar kawasan permukaan BET melebihi 1000 meter persegi per gram biasanya menunjukkan keupayaan sekitar 40 peratus lebih baik untuk menangkap pencemar dalaman yang lazim. Fikirkan ini: setiap gram karbon aktif sedemikian mempunyai kawasan permukaan yang hampir sama dengan 1.5 gelanggang tenis digabungkan. Kawasan permukaan yang besar ini mencipta banyak tempat bagi kontaminan gas melekat. Ujian makmal menunjukkan karbon berpermukaan tinggi ini boleh menghilangkan kira-kira 98% VOC termasuk bahan seperti limonena dan xilena apabila keadaan adalah sesuai. Walau bagaimanapun, apa yang berlaku dalam kehidupan sebenar bergantung kuat kepada faktor-faktor seperti kadar aliran udara dan tahap kelembapan persekitaran.

Insight Data: Kawasan Permukaan BET Melebihi 1000 m²/g Meningkatkan Penyingkiran VOC Dalaman

Ujian menunjukkan bahawa bahan karbon dengan kawasan permukaan BET melebihi 1200 meter persegi per gram boleh menahan sekitar 92% sebatian organik mudah meruap apabila kepekatan berada di bawah 1 bahagian sejuta mengikut isipadu. Ini adalah agak mengagumkan berbanding kadar rintangan hanya 68% yang dilihat pada bahan dengan kawasan permukaan 800 meter persegi per gram sahaja. Mengapa ini berlaku? Hasil yang lebih baik ini disebabkan oleh tahap penyambungan liang dalam struktur bahan tersebut. Apabila liang bersambung dengan lebih baik, rintangan terhadap molekul yang cuba melekat pada permukaan semasa proses penjerapan menjadi kurang. Penapis prestasi tinggi yang dibuat daripada bahan sedemikian biasanya tahan antara enam hingga sembilan bulan di rumah, iaitu kira-kira 30% lebih lama berbanding pilihan penapis biasa di pasaran hari ini. Walaupun kos awalnya mungkin lebih tinggi, kebanyakan pemilik rumah mendapati penapis ini sebenarnya menjimatkan wang dalam jangka panjang kerana penggantian tidak diperlukan begitu kerap.