Qual Carvão Ativado é Mais Eficiente para a Remoção de Compostos Orgânicos Voláteis no Ambiente Interno?

O que são compostos orgânicos voláteis (COVs) e por que eles são importantes para a qualidade do ar interior

COVs, ou compostos orgânicos voláteis, são basicamente produtos químicos à base de carbono que tendem a evaporar quando estão em repouso em temperaturas normais. Encontramo-los emanando de coisas como latas de tinta, os sprays de limpeza que todos temos debaixo da pia, móveis novos e até alguns materiais de construção utilizados durante a obra. O problema é que esses produtos químicos no ar realmente pioram a qualidade do ar interior e podem causar todo tipo de problemas de saúde. As pessoas podem ter dores de cabeça ou se sentir tontas imediatamente, mas também há evidências associando a exposição prolongada a problemas respiratórios e no funcionamento cerebral. Considerando que a maioria das pessoas nos Estados Unidos passa cerca de 90 por cento de suas vidas dentro de edifícios, segundo o relatório da EPA de 2023, isso significa que os COVs estão se tornando uma preocupação séria tanto em casa quanto em escritórios por todo o país.

Como o carvão ativado funciona: A ciência da adsorção para remoção de COVs no ambiente interno

O carvão ativado funciona capturando compostos orgânicos voláteis (VOCs) por meio do que se chama adsorção. Basicamente, moléculas de gás aderem à superfície do carbono porque ele possui inúmeras microcavidades. Um único grama contém milhares de poros microscópicos com tamanhos variando de menos de 2 nanômetros a cerca de 50 nanômetros. Esses poros conferem ao carvão ativado uma área superficial impressionante, entre 1.000 e 3.000 metros quadrados por grama, aproximadamente equivalente ao espaço de 2 a 5 quadras de tênis! O material captura substâncias nocivas como o formaldeído, que mede cerca de 0,45 nanômetros de diâmetro, e o benzeno, com aproximadamente 0,6 nanômetros. Isso ocorre graças às fracas forças de atração conhecidas como forças de van der Waals, além de algumas ligações químicas diretas. Há uma diferença entre isso e a absorção comum, onde as substâncias são dissolvidas em outro meio. Na adsorção, as moléculas literalmente se ligam diretamente ao material do filtro.

Por que a filtração química é essencial para poluentes gasosos em casas e escritórios

Filtros HEPA padrão capturam partículas, mas não removem os COVs gasosos. Pesquisas mostram que filtros de carvão ativado podem eliminar 60–90% dos produtos químicos no ar em até 48 horas. Essa filtração química é crucial em ambientes com móveis novos, agentes de limpeza ou fontes de combustão, onde os níveis de COVs podem ser 2–5 vezes mais altos do que ao ar livre.

Estrutura de Poros e Área de Superfície: Como Eles Afetam a Eficiência de Adsorção de COVs

Microporos vs. Mesoporos: Correspondência entre o Tamanho do Poro e as Dimensões Moleculares dos COVs

A eficácia com que o carvão ativado remove os COVs internos depende principalmente de a dimensão dos seus poros corresponder ao tamanho dos poluentes. Poros pequenos, abaixo de 2 nanômetros, são excelentes para capturar COVs minúsculos como o formaldeído, que mede cerca de 0,45 nm de diâmetro. Os poros maiores, entre 2 e 50 nm, são mais adequados para capturar moléculas maiores, como o tolueno, com aproximadamente 0,67 nm de tamanho. Uma pesquisa de 2022 publicada na revista Building and Environment revelou algo interessante também sobre a remoção de benzeno. Descobriu-se que a adsorção máxima ocorre quando há cerca de 0,6 a 0,9 nm de espaço microporoso disponível. Acertar nesse ponto é muito importante, pois cria o chamado efeito de peneira molecular. Quando tudo está alinhado corretamente, o carvão ativado captura mais contaminantes sem desperdiçar seu potencial de absorção.

Área superficial e sua correlação com a eficiência do filtro na remoção de COVs internos

A quantidade de espaço disponível na superfície de um filtro de carvão ativado afeta diretamente quantas moléculas de COV ele pode capturar. Filtros de carvão com áreas superficiais BET superiores a 1000 metros quadrados por grama geralmente apresentam cerca de 40 por cento mais eficiência na retenção de poluentes internos típicos. Pense nisto: cada grama desse carvão ativado possui uma área superficial aproximadamente equivalente à de 1,5 quadras de tênis juntas. Essa enorme área superficial cria inúmeros pontos onde contaminantes gasosos podem aderir. Testes laboratoriais mostram que esses carvões de alta área superficial conseguem remover cerca de 98% dos COVs, incluindo substâncias como limoneno e xileno, quando as condições são ideais. No entanto, o que ocorre na prática depende fortemente de fatores como taxas de fluxo de ar e níveis de umidade no ambiente.

Informação Dados: Áreas Superficiais BET Acima de 1000 m²/g Melhoram a Remoção de COVs Internos

Testes mostraram que materiais de carbono com áreas superficiais BET superiores a 1200 metros quadrados por grama conseguem reter cerca de 92% dos compostos orgânicos voláteis quando as concentrações estão abaixo de 1 parte por milhão em volume. Isso é bastante impressionante em comparação com apenas 68% de taxa de retenção observada em materiais com área superficial de apenas 800 metros quadrados por grama. Por que isso acontece? Bem, esses resultados superiores devem-se à qualidade da interconexão entre os poros na estrutura do material. Quando os poros estão melhor conectados, há menos resistência para as moléculas aderirem à superfície durante os processos de adsorção. Filtros de alto desempenho fabricados com esses materiais geralmente duram entre seis e nove meses em residências, o que representa cerca de 30% a mais do que o observado com opções de filtros comuns disponíveis no mercado atualmente. Embora possam ter um custo inicial maior, a maioria dos proprietários descobre que esses filtros acabam economizando dinheiro a longo prazo, pois não precisam ser substituídos com tanta frequência.