Wpływ węgla aktywowanego na skuteczność oczyszczania powietrza

Nowoczesne systemy oczyszczania powietrza stały się coraz bardziej złożone i wydajne dzięki wszechstronności aktywowanego węgla w filtracji nawet najbardziej uciążliwych zanieczyszczeń powietrza, które przetrwają pierwszą fazę filtracji. Podczas gdy filtry HEPA są skierowane do usuwania zanieczyszczeń stałych, aktywowany węgiel działa w kierunku eliminacji i adsorpcji zanieczyszczeń gazowych, zapachów oraz lotnych związków organicznego pochodzenia, które zanieczyszczają powietrze wewnętrzne/zewnętrzne. W przeciwieństwie do innych zanieczyszczeń, te substancje są zazwyczaj niewidoczne gołym okiem, dlatego właśnie oczyszczacze powietrza z aktywowanym węglem, systemy HVAC oraz inne przemysłowe oczyszczacze są tak skuteczne w zwiększaniu wydajności oczyszczania. Celem niniejszego artykułu jest przedstawienie różnych metod i zakresu, w jakim aktywowany węgiel wspomaga oczyszczanie powietrza oraz udowodnienie jego skuteczności.

Mechanizm adsorpcji zanieczyszczeń gazowych

Główne znaczenie aktywowanego węgla w poprawie skuteczności oczyszczaczy powietrza wynika z jego unikalnej zdolności `adsorpcji` zanieczyszczeń gazowych. W wyniku procesów aktywacji w wysokiej temperaturze, węgiel aktywowany rozwija mikroskopijną strukturę porów, co powoduje, że jego powierzchnia właściwa osiąga setki metrów kwadratowych na gram. Gdy stosuje się złoża węglowe, zanieczyszczone powietrze przepływa przez te złoża, a cząsteczki w fazie gazowej są przyciągane do porów węgla poprzez biotransfer. Ten proces jest najczęściej stosowany w przypadku zanieczyszczonego powietrza zawierającego lotne związki organiczne (VOC), takie jak toluen w produktach czyszczących, formaldehyd w paliwach i farbach oraz inne. Inne zanieczyszczenia gazowe, które można usunąć tą metodą, to amoniak i dwutlenek siarki. Kiedy powietrze osiągnie nasycenie, struktura węgla nie ulegnie żadnym zmianom i nie pozostawi żadnych produktów ubocznych, ponieważ nie zajdą żadne reakcje chemiczne.

Celowe usuwanie Lotnych Związków Organicznych (VOCs)

Narażenie na lotne związki organiczne (VOC) w powietrzu może podrażniać układ oddechowy i powodować inne długoterminowe powikłania, ponieważ substancje te potrafią omijać typowe filtry. Ten ulepszony problem filtracji lotnych związków organicznych (VOC) jest skutecznie rozwiązywany przez węgiel aktywny, który jest znany z efektywnego adsorbowania VOC. Dzięki temu jest doskonałą alternatywą dla filtrów powietrza w nowych budynkach, biurach drukarskich i innych środowiskach bogatych w VOC. Filtry powietrza z węglem aktywnym skutecznie usuwają VOC o różnych rozmiarach cząsteczek i polarnościach dzięki swojej unikalnej porowatej strukturze. Na przykład formaldehyd i ksylen o masach cząsteczkowych odpowiednio 30,03 g/mol i 106,16 g/mol są przechwytywane przez mikropory i mezopory o średnicy < 2 nm i 2-50 nm, odpowiednio. Taka niezawodna i szybka adsorpcja sprawia, że filtry powietrza z węglem aktywnym działają lepiej niż filtry z normalnymi mezoporowatymi filtrami.

Eliminacja zapachów i nieprzyjemnych woni

Nieprzyjemne, a nawet dokuczliwe zapachy są często spowodowane związkami gazowymi, takimi jak siarkowodór (zapach zepsutych jaj), merkaptany (zapach kanalizacji) czy pewne lotne kwasy tłuszczowe (zapachy związane z gotowaniem), które stanowią poważny problem zarówno dla jakości powietrza w domach, jak i w obiektach komercyjnych, szczególnie w lokalach gastronomicznych czy zakładach zajmujących się utylizacją odpadów. Stosowanie węgla aktywowanego znacząco poprawia skuteczność i komfort oczyszczania powietrza, ponieważ skutecznie oczyszcza i usuwa niepożądane, dokuczliwe oraz czasem zapachowe związki. Cząsteczki powodujące nieprzyjemne zapachy nie są maskowane, lecz neutralizowane dzięki dużej powierzchni i porowatej mikrostrukturze węgla aktywowanego. W kuchennych filtrach powietrza, na przykład, usuwane są zapachy gotowania i jedzenia, a także opary kuchenne. W domach z pupilami usuwany jest amoniak z moczu, zapachy związane z naskórkami oraz sam moczu zwierząt. Funkcja usuwania zapachów czyni węgiel aktywowany nieodzownym elementem purystów powietrza. Dzieje się tak przede wszystkim dlatego, że spełnia on potrzeby użytkowników, których nie potrafią zaspokoić filtry cząsteczkowe.

Dodatkowa Rola z Filtracją Cząsteczkową

Filtry cząsteczkowe (takie jak filtry HEPA) działają skuteczniej, gdy są używane razem z filtrami węgla aktywowanego, co zmniejsza obciążenie systemu. Filtry HEPA przechwytują unoszone w powietrzu cząstki, takie jak kurz, pyłek, zarodki pleśni i naskórek zwierząt. Jednak te filtry nadal nie radzą sobie z lotnymi związkami organicznymi (VOC) i gazami. Właśnie dlatego połączenie filtrów węgla aktywowanego i filtrów HEPA okazuje się skuteczne, ponieważ usuwa zarówno zanieczyszczenia cząsteczkowe, jak i gazowe, co może być szczególnie korzystne dla zdrowia. Przykładem tego jest konfiguracja filtrów stosowanych w domowych oczyszczaczach powietrza. Powietrze najpierw przechodzi przez prefiltr, który przechwytuje większe cząstki, a następnie przez filtr węgla aktywowanego, który adsorbuje zanieczyszczenia gazowe. Na końcu znajduje się filtr HEPA, który przechwytuje drobne cząstki. Połączenie wszystkich tych filtrów powinno skutecznie usuwać najpowszechniejsze zanieczyszczenia biologiczne jako bardziej zaawansowana klasa filtracji, co będzie działać znacznie skuteczniej niż pojedynczy filtr.

Poprawa wydajności systemu klimatyzacji

Stosowanie węgla aktywowanego w jednostkach klimatyzacyjnych znacząco optymalizuje ich skuteczność oczyszczania powietrza. Ponieważ jednostki HVAC są wyposażone w filtry usuwające lotne związki organiczne (VOC), dym i zapachy z powietrza, te filtry zapobiegają ponownemu krążeniu zanieczyszczeń. Inne gazy, takie jak gazy żrące, które mogłyby szybko korodować i uszkadzać cewki oraz wentylatory jednostek klimatyzacyjnych, są również pochłaniane, co prowadzi do lepszej efektywności energetycznej i dłuższej trwałości systemów.

Zastosowania w przemysłowej filtracji powietrza

Węgiel aktywowany okazał się przydatny w obszarach o dużym zanieczyszczeniu powietrza. Przykładem jest oczyszczanie w przemyśle lakierowym. Węgiel aktywowany jest umieszczany w przemysłowych oczyszczaczach powietrza. Usuwa opary chemiczne, toksyczne gazy, lotne związki organiczne oraz niebezpieczny przemysłowy dym. Chroni również pracowników i środowisko.
Oprócz par i emisji chemicznych, spaliny chemiczne w przemyśle chemicznym zawierają również szkodliwe substancje, takie jak chlor i chlorowodór. Filtry węgla aktywowanego usuwają takie niebezpieczne związki, tworząc emisje bezpieczne dla środowiska. Systemy te poprawiają również jakość powietrza w miejscu pracy. W wielu krajach obowiązują ścisłe przepisy dotyczące usuwania dużych ilości zanieczyszczonego powietrza. Znaczna poprawa jakości powietrza w miejscu pracy zwiększa zgodność z takimi regulacjami.

Czynniki wpływające na skuteczność węgla aktywowanego

Węgiel aktywny posiada czynniki, które wpływają na jego zdolność do poprawy skuteczności oczyszczania, takie jak rodzaj używanego węgla, struktura porów wewnętrznych, czas kontaktu oraz wilgotność powietrza. Objętość używanych w klimatyzatorach granul węgla aktywnego to GAC (granulowany węgiel aktywny), ze względu na dużą pojemność retencyjną i długą trwałość. PAC (proszkowaty węgiel aktywny) stosowany jest w małych oczyszczaczach powietrza dzięki szybszej zdolności wiązania zanieczyszczeń. Również funkcja porów odgrywa ważną rolę – węgiel o wyższym udziale mikroporów lepiej wiąże mniejsze lotne związki organiczne (VOCs), podczas gdy większa liczba mezoporów sprzyja wiązaniu większych cząsteczek. Czas kontaktu również jest istotny – czas przepływu powietrza przez warstwę węgla. Skuteczność poprawia czas kontaktu w procesie oczyszczania, ponieważ powietrze jest bardziej oczyszczone.

Nadmierna wilgotność musi zostać usunięta, aby zwiększyć skuteczność, ponieważ wilgoć wiąże zanieczyszczenia gazowe. W takich przypadkach stosuje się procesy suszenia, które mogą zwiększyć skuteczność retencji, a powyżej punktu rosy stosunek pary jest ograniczony dyfuzją.

Konserwacja zapewniająca długotrwałą skuteczność

Aby zachować skuteczność działania oczyszczacza powietrza, konieczne jest odpowiednie utrzymanie węglowych elementów. W miarę upływu czasu, adsorbery węglowe ulegają zanieczyszczeniu i tracą zdolność wiązania zanieczyszczeń. W zależności od stężenia zanieczyszczeń i prędkości przepływu powietrza, żywotność oczyszczacza powietrza wynosi około 3 do 6 miesięcy. Przemysłowe systemy/GAC funkcjonują zazwyczaj znacznie dłużej, zanim zajdzie konieczność ich regeneracji. Regeneracja cieplna to stosunkowo tania metoda odnawiania zużytego węgla aktywowanego, a dla użytkownika przemysłowych złoża węglowych może być opłacalnym rozwiązaniem. Dla przeciętnego użytkownika domowego najlepszym rozwiązaniem jest przestrzeganie zalecanego harmonogramu wymiany, aby zachować skuteczność urządzenia. Filtry, które zostały zanieczyszczone powyżej określonego poziomu, tracą zdolność zatrzymywania gazów i zapachów.