Hvilken aktivert karbon fungerer best for fjerning av flyktige organiske forbindelser (VOC) innendørs?

Hva er flyktige organiske forbindelser (VOC) og hvorfor de er viktige for innendørs luftkvalitet

VOC-er, eller flyktige organiske forbindelser, er i bunn og grunn karbonbaserte kjemikalier som har en tendens til å fordampe når de står ute i ro ved normale temperaturer. Vi finner dem avgå fra ting som malingbokser, rengjøringsvannene vi alle har under vasken, ny møbel, og til og med noen byggematerialer brukt under bygging. Problemet er at disse luftbårne kjemikaliene faktisk forverrer innendørs luft og kan forårsake ulike helseproblemer. Folk kan få hodepine eller føle seg svimmel med én gang, men det finnes også bevis som knytter langvarig eksponering til problemer med pust og hjernefunksjon. Ettersom de fleste mennesker i Amerika ifølge EPA-rapporten fra 2023 tilbringer omtrent 90 prosent av livet sitt inne i bygninger, betyr dette at VOC-er blir noe alvorlig å bekymre seg for både hjemme og på kontorer over hele landet.

Hvordan aktivert karbon virker: Vitenskapen bak adsorpsjon for fjerning av innendørs VOC-er

Aktivert karbon virker ved å fange inn flyktige organiske forbindelser (VOC) gjennom noe som kalles adsorpsjon. Gassmolekyler festes altså til karbonets overflate fordi det har mange mikroskopiske hull. Én enkelt gram inneholder faktisk tusenvis av mikroskopiske porer som varierer fra under 2 nanometer til omtrent 50 nanometer i størrelse. Disse porene gir aktivert karbon et imponerende overflateareal på mellom 1 000 og 3 000 kvadratmeter per gram, noe som tilsvarer plassen på 2 til 5 fullstendige tennisbaner! Materialet fanger skadelige stoffer som formaldehyd, som er omtrent 0,45 nanometer bredt, og benzen på ca. 0,6 nanometer. Dette skjer takket være svake tiltrekningskrefter kjent som van der Waals-krefter, samt noe direkte kjemisk binding. Det er en forskjell på dette og vanlig absorpsjon, hvor stoffer løses opp i noe annet. Ved adsorpsjon festes molekylene altså direkte til selve filtermaterialet.

Hvorfor kjemisk filtrering er nødvendig for gassformige forurensninger i hjem og kontorer

Standard HEPA-filtre fanger partikler, men fjerner ikke gassformige VOC-er. Studier viser at filtre med aktivert karbon kan eliminere 60–90 % av luftbårne kjemikalier innen 48 timer. Denne kjemiske filtreringen er avgjørende i miljøer med ny møbel, rengjøringsmidler eller forbrenningskilder, der nivået av VOC kan være 2–5 ganger høyere enn ute.

Porestruktur og overflateareal: Hvordan de påvirker VOC-adsorpsjonseffektivitet

Mikroporer vs. mesoporer: Tilpasning av porestørrelse til VOCs molekylære dimensjoner

Hvor godt aktivkarbon fjerner flyktige organiske forbindelser (VOC) innendørs, avhenger i stor grad av om porene i karbonet samsvarer med størrelsen på forurensningsstoffene. Små porer under 2 nanometer fungerer utmerket til å fange opp små VOC-molekyler som formaldehyd, som har en størrelse på omtrent 0,45 nm. Større porer i området 2–50 nm er bedre egnet til å fange større molekyler som toluen, som er omtrent 0,67 nm i størrelse. En studie fra 2022 i tidsskriftet Building and Environment viste også noe interessant om fjerning av benzen. Forskerne fant at maksimal adsorpsjon skjer når det er omtrent 0,6 til 0,9 nm mikroporeplass tilgjengelig. Det er svært viktig å få dette til riktig, for da oppstår det som kalles et molekylært sikteeffekt. Når alt stemmer overens, kan karbonet fange mer forurensning uten å kaste bort noe av sin absorpsjonskapasitet.

Overflateareal og dets sammenheng med filtereffektivitet for fjerning av flyktige organiske forbindelser (VOC) innendørs

Mengden plass tilgjengelig på overflaten av et karbonfilter påvirker direkte hvor mange VOC-molekyler det kan fange opp. Karbonfiltre med BET-overflatearealer over 1000 kvadratmeter per gram viser vanligvis omtrent 40 prosent bedre evne til å fange typiske innendørs forurensninger. Tenk på dette: hvert gram av slikt aktivert karbon har omtrent samme overflateareal som 1,5 tennisbaner lagt sammen. Denne enorme overflaten skaper mange steder der gassformige forurensninger kan binde seg. Laboratorietester viser at disse karbonene med høyt overflateareal kan fjerne omtrent 98 % av VOC-er, inkludert stoffer som limonen og xylol, når forholdene er optimale. I praksis avhenger resultatet imidlertid sterkt av faktorer som luftstrømnivå og fuktighet i miljøet.

Datainnsikt: BET-overflatearealer som overstiger 1000 m²/g forbedrer fjerning av innendørs VOC-er

Tester har vist at karbonmaterialer med BET-overflatearealer over 1200 kvadratmeter per gram kan holde tilbake omtrent 92 % av flyktige organiske forbindelser når konsentrasjonene er under 1 del per million volum. Det er ganske imponerende sammenlignet med bare 68 % tilbakeholdelsesrate hos materialer med kun 800 kvadratmeter per gram overflateareal. Hvorfor skjer dette? Vel, disse bedre resultatene skyldes hvor godt porene er forbundet i materialstrukturen. Når porene er bedre tilkoblet, er det mindre motstand for molekyler som prøver å binde seg til overflaten under adsorptionsprosesser. Høytytende filtre laget med slike materialer varer vanligvis mellom seks og ni måneder i hjem, noe som er omtrent 30 % lenger enn det vi ser med vanlige filterløsninger på markedet i dag. Selv om de kan koste mer fra starten av, finner de fleste huseiere at disse filtrene faktisk sparer penger på sikt fordi de ikke trenger å byttes så ofte.