Welk actief koolstof werkt het beste voor het verwijderen van binnenvliegbare organische stoffen (VOC's)?

Wat zijn vluchtige organische stoffen (VOS) en waarom ze belangrijk zijn voor de binnenshuis luchtkwaliteit

VOS, ofwel vluchtige organische stoffen, zijn in wezen koolstofhoudende chemicaliën die de neiging hebben te verdampen wanneer ze bij normale temperaturen gewoon stil liggen. We vinden ze terug in producten zoals verfblikken, schoonmaiersprays onder de gootsteen, nieuwe meubels en zelfs sommige bouwmaterialen die tijdens de constructie worden gebruikt. Het probleem is dat deze in de lucht zwevende chemicaliën de kwaliteit van de binnenlucht daadwerkelijk verslechteren en diverse gezondheidsproblemen kunnen veroorzaken. Mensen kunnen direct hoofdpijn krijgen of duizeligheid ervaren, maar er is ook bewijs dat langdurige blootstelling gerelateerd is aan ademhalings- en hersenfunctiestoornissen. Aangezien volgens het EPA-rapport uit 2023 de meeste mensen in Amerika ongeveer 90 procent van hun leven binnen gebouwen doorbrengen, betekent dit dat VOS een serieus aandachtspunt worden, zowel thuis als op kantoren over het hele land.

Hoe actieve kool werkt: De wetenschap achter adsorptie voor verwijdering van binnenshuis VOS

Actieve kool werkt door VOC's vast te houden via een proces dat adsorptie wordt genoemd. In wezen hechten gasmoleculen zich aan het oppervlak van de kool dankzij de vele microscopisch kleine poriën. Eén enkele gram bevat duizenden poriën met afmetingen variërend van minder dan 2 nanometer tot ongeveer 50 nanometer. Deze poriën geven actieve kool een indrukwekkend oppervlak van 1.000 tot 3.000 vierkante meter per gram, wat overeenkomt met de oppervlakte van 2 tot 5 volledig opgebouwde tennisvelden! Het materiaal vangt schadelijke stoffen op zoals formaldehyde, dat ongeveer 0,45 nanometer breed is, en benzeen, dat ongeveer 0,6 nanometer meet. Dit gebeurt dankzij zwakke aantrekkingskrachten, bekend als van der Waals-krachten, samen met enige directe chemische binding. Er is een verschil tussen dit proces en absorptie, waarbij stoffen worden opgenomen in een andere substantie. Bij adsorptie hechten stoffen zich letterlijk aan het filtermateriaal.

Waarom chemische filtratie essentieel is voor gassvormige verontreinigingen in huizen en kantoren

Standaard HEPA-filters vangen deeltjes, maar verwijderen geen gasvormige VOC's. Onderzoek toont aan dat actieve koolfilters binnen 48 uur 60–90% van de luchtverontreinigende chemicaliën kunnen elimineren. Deze chemische filtratie is cruciaal in omgevingen met nieuwe meubels, schoonmaiddelen of verbrandingsbronnen, waar de concentratie van VOC's 2 tot 5 keer hoger kan zijn dan buitenshuis.

Poreuze structuur en oppervlakte: hoe ze de adsorptie-efficiëntie van VOC's beïnvloeden

Microporiën versus mesoporiën: het afstemmen van de poriegrootte op de moleculaire afmetingen van VOC's

Hoe goed actieve kool binnenlandse vluchtige organische verbindingen (VOC's) verwijdert, hangt er echt van af of de poriën overeenkomen met de grootte van de verontreinigende stoffen. Kleine poriën onder 2 nanometer zijn zeer geschikt voor het opvangen van kleine VOC's zoals formaldehyde, dat ongeveer 0,45 nm breed is. De grotere poriën, variërend van 2 tot 50 nm, zijn beter geschikt voor het vasthouden van grotere moleculen zoals tolueen, ongeveer 0,67 nm in grootte. Onderzoek uit 2022 in het tijdschrift Building and Environment toonde ook iets interessants aan over de verwijdering van benzeen. Ze ontdekten dat maximale adsorptie optreedt wanneer er ongeveer 0,6 tot 0,9 nm aan microporiënruimte beschikbaar is. Dit juist instellen is erg belangrijk omdat het leidt tot wat een moleculaire zeefwerking wordt genoemd. Wanneer alles goed op elkaar afgestemd is, vangt de kool meer verontreinigende stoffen op zonder verspilling van zijn absorptiecapaciteit.

Oppervlakte en de correlatie met filterefficiëntie voor de verwijdering van binnenshuis aanwezige VOC's

De hoeveelheid ruimte die beschikbaar is op het oppervlak van een koolstoffilter, beïnvloedt direct hoeveel VOC-moleculen het kan opvangen. Koolstoffilters met een BET-oppervlakte van meer dan 1000 vierkante meter per gram tonen over het algemeen ongeveer 40 procent betere capaciteit om typische binnenluchtverontreinigende stoffen vast te houden. Bedenk het volgende: elke gram van dergelijke actieve kool heeft ongeveer hetzelfde oppervlak als 1,5 tennisvelden samen. Dat enorme oppervlak zorgt voor talrijke plekken waar gasvormige verontreinigingen kunnen hechten. Laboratoriumtests tonen aan dat deze koolsoorten met groot oppervlak ongeveer 98% van de vluchtige organische stoffen (VOC's), waaronder stoffen zoals limonene en xyleen, kunnen verwijderen wanneer de omstandigheden ideaal zijn. In de praktijk hangt het effect echter sterk af van factoren zoals luchtsnelheden en vochtgehaltes in de omgeving.

Data-inzicht: BET-oppervlakten boven 1000 m²/g verbeteren de verwijdering van binnenlucht-VOC's

Uit tests is gebleken dat koolstofmaterialen met BET-oppervlakten van meer dan 1200 vierkante meter per gram ongeveer 92% van vluchtige organische verbindingen kunnen vasthouden wanneer de concentraties onder 1 deel per miljoen volume liggen. Dat is indrukwekkend vergeleken met slechts 68% retentie bij materialen met een oppervlakte van 800 vierkante meter per gram. Waarom gebeurt dit? Deze betere resultaten komen voort uit de mate waarin de poriën binnen de materiaalstructuur met elkaar verbonden zijn. Wanneer de poriën beter verbonden zijn, is er minder weerstand voor moleculen die tijdens adsorptieprocessen aan het oppervlak proberen te hechten. Filters op basis van dergelijke materialen houden doorgaans zes tot negen maanden in huishoudens stand, wat ongeveer 30% langer is dan reguliere filteropties die momenteel op de markt verkrijgbaar zijn. Hoewel deze filters aanvankelijk duurder kunnen zijn, blijkt voor de meeste huiseigenaren dat ze op lange termijn geld besparen, omdat ze minder vaak hoeven te worden vervangen.