Impacto do Carvão Ativado na Eficiência da Purificação do Ar

Sistemas modernos para purificação do ar tornaram-se cada vez mais complexos e eficientes devido à versatilidade do carvão ativado em filtrar até os contaminantes aéreos mais difíceis de capturar após a primeira fase de filtração. Enquanto os filtros HEPA são direcionados para partículas sólidas, o carvão ativado atua na remoção e adsorção de poluentes gasosos, odores e compostos orgânicos voláteis que contaminam o ar interno/externo. Ao contrário dos demais contaminantes, esses poluentes tendem a ser invisíveis ao olho nu, razão pela qual purificadores de ar com carvão ativado, sistemas HVAC e outros lavadores industriais são tão eficazes em ampliar o desempenho da purificação. Este artigo tem como objetivo delinear as diversas formas e o grau em que o carvão ativado contribui para a purificação do ar e demonstrar comprovada eficácia.

Mecanismo de Adsorção para Contaminantes Gasosos

O motivo pelo qual o carvão ativado melhora a eficiência do purificador de ar, mais do que qualquer outro fator, é devido à sua capacidade única de `adsorção` sobre poluentes gasosos. Durante os processos de ativação em alta temperatura, os carvões ativados desenvolvem uma arranjo em escala microscópica de poros, o que resulta em uma área superficial do carvão ativado alcançando centenas de metros quadrados por grama. Quando leitos de carvão são utilizados, o ar contaminado é passado através desses leitos e as moléculas na fase gasosa são atraídas para os poros dos carvões por meio do biotransfer. Este processo é amplamente utilizado para ar poluído que contém COVs (Compostos Orgânicos Voláteis), como o tolueno em produtos de limpeza, formaldeído em combustíveis e tintas, entre outros. Outros poluentes gasosos que podem ser removidos por esse processo são amônia e dióxido de enxofre. Quando o ar está saturado, a estrutura do carvão não sofrerá alterações e não deixará nenhum subproduto, pois nenhuma reação química ocorrerá.

Remoção Direcionada de Compostos Orgânicos Voláteis (COVs)

A exposição aos COVs no ar é conhecida por irritar o sistema respiratório e causar outras complicações de longo prazo, devido à capacidade dessas substâncias de contornar filtros comuns. Esse problema refinado de filtração de COVs é resolvido pelo carvão ativado, que é conhecido por adsorver eficientemente os COVs. Isso o torna uma excelente alternativa de filtro de ar em novas construções, escritórios de impressão e outros ambientes ricos em COVs. Filtros de ar com carvão ativado já provaram ser capazes de remover COVs de todos os tamanhos moleculares e polaridades, graças à sua estrutura porosa distinta. Por exemplo, a formaldeído e o xileno, com pesos moleculares de 30,03 g/mol e 106,16 g/mol, respectivamente, são capturados pelos microporos e mesoporos de < 2 e 2-50 nanômetros, respectivamente. Essa adsorção tão confiável e rápida é o motivo pelo qual os filtros de ar com carvão ativado têm desempenho superior aos filtros de ar com filtros mesoporosos normais.

Eliminação de Odores e Cheiros Desagradáveis

Odores desagradáveis, até mesmo problemáticos, são frequentemente causados por compostos gasosos como sulfeto de hidrogênio (o que cheira a ovos podres), mercaptana (o que cheira a esgoto) e até mesmo certos ácidos graxos voláteis (odores associados a certos cheiros de cozinha), e representam um grande problema para a qualidade do ar residencial e comercial, especialmente para estabelecimentos de alimentos e até mesmo instalações de gestão de resíduos. A eficácia e o conforto da qualidade do ar são melhorados com o uso de carvão ativado, que consideravelmente purifica e, até mesmo, remove compostos problemáticos, irritantes e, por vezes, odorosos do ar. As moléculas causadoras do odor são capturadas e, em vez de simplesmente mascararem, são neutralizadas, resultado da elevada área superficial e da microestrutura porosa do carvão ativado. Em purificadores de ar para cozinha, por exemplo, odores de cozimento e alimentos, bem como fumos da cozinha, estão frequentemente presentes. Em lares que aceitam animais de estimação, a amônia da urina, odores relacionados à caspa e até mesmo urina de animais são capturados. O recurso de remoção de odores destaca o carvão ativado como elemento essencial nos purificadores de ar. Isso ocorre principalmente porque ele atende a uma necessidade dos usuários que os filtros de partículas não conseguem satisfazer.

Papel Complementar com Filtragem de Partículas

Os filtros de partículas (como os filtros HEPA) funcionam de forma mais eficaz quando utilizados em conjunto com filtros de carvão ativado, o que reduz a carga de trabalho do sistema. Os filtros HEPA capturam partículas no ar, como poeira, pólen, esporos de mofo e caspa de animais, mas esses filtros ainda não são capazes de lidar com VOCs e gases. É aí que a combinação de carvão ativado e filtros HEPA se destaca, pois eles removem tanto contaminantes particulados quanto gasosos, o que pode ser particularmente útil para a saúde. Um exemplo disso seria a configuração dos filtros utilizados em purificadores residenciais. O ar primeiro passa pelo pré-filtro, que captura as partículas maiores, seguido por um filtro de carvão ativado, onde os gases são adsorvidos pelo filtro de carbono. O último na sequência é o filtro HEPA, responsável por capturar partículas finas. A combinação de todos esses filtros deve ser capaz de remover a maioria dos contaminantes faunísticos comuns como uma categoria mais abrangente de filtragem, funcionando muito mais eficazmente do que um único filtro.

Melhoria do Desempenho do Sistema de Climatização

O uso de carvão ativado nas unidades de ar condicionado otimiza significativamente a eficácia da purificação do ar. Como as unidades de climatização possuem filtros que removem compostos orgânicos voláteis (COVs), fumaça e odores do ar, esses filtros evitam a recirculação de contaminantes. Outros gases, como gases corrosivos que poderiam corroer e danificar rapidamente as serpentinas e ventiladores das unidades de ar condicionado também são absorvidos, resultando em maior eficiência energética e maior vida útil do sistema.

Aplicações Industriais de Purificação do Ar

O carvão ativado mostrou-se útil em áreas com forte poluição do ar. Um exemplo disso é a purificação. Nas indústrias químicas de pintura, o carvão ativado é preenchido nos lavadores de ar. Ele remove vapores químicos, gases tóxicos, compostos orgânicos voláteis e fumaça industrial perigosa. Também protege os trabalhadores e o meio ambiente.
Além dos vapores e emissões químicas, o escapamento químico na indústria química também contém substâncias nocivas, como cloro e cloreto de hidrogênio. Os lavadores de carbono ativado removem esses compostos nocivos, criando emissões seguras para o meio ambiente. Esses sistemas também melhoram a qualidade do ar no ambiente de trabalho. Em muitos países, existem regulamentações rigorosas para o manejo de grandes volumes de ar contaminado. Uma melhoria substancial na qualidade do ar no ambiente de trabalho aumenta a conformidade com essas políticas.

Fatores que Influenciam a Eficiência do Carbono Ativado

O carvão ativado possui fatores que afetam sua capacidade de melhorar a eficiência na purificação, como o tipo de carvão utilizado, os poros internos, o tempo de contato e a umidade no ar. O volume dos grãos de carvão ativado utilizados em condicionadores de ar é GAC, devido à sua alta capacidade de retenção e longa vida útil. O PAC é utilizado em purificadores de ar pequenos devido à sua capacidade de retenção mais rápida. A função dos poros também é importante — o carvão com maior percentagem de microporos é melhor para capturar compostos orgânicos voláteis (VOCs) pequenos, enquanto uma maior quantidade de mesoporos é melhor para moléculas maiores. O tempo de contato também é relevante — o tempo em que o ar flui através da cama de carvão. A eficiência melhora com o tempo de contato na purificação, pois o ar é menos purificado quando o contato é insuficiente.

A umidade excessiva precisa ser removida para aumentar a eficiência, pois a umidade concorre com os poluentes em forma de vapor. Processos de secagem são utilizados nestes casos, pois podem aumentar a eficiência de retenção, e acima do ponto de orvalho, a proporção de vapor é limitada por difusão.

Manutenção para Eficiência Sustentada

Para manter a eficiência de um purificador de ar, a manutenção adequada dos componentes de carbono é fundamental. Com o tempo, os adsorvedores de carbono ficam contaminados e, consequentemente, perdem sua capacidade de adsorção. Dependendo da concentração de poluentes e da velocidade do fluxo de ar, a vida útil de um purificador de ar é de cerca de 3 a 6 meses. Sistemas industriais/GAC, por outro lado, tendem a funcionar por um período significativamente mais longo até que seja necessária a limpeza. A limpeza térmica é um método relativamente econômico para renovar o carbono usado, e pode ser um método economicamente eficaz para usuários industriais de leitos de carbono. Para o usuário médio doméstico, é melhor seguir o cronograma recomendado para manter a eficácia. Filtros contaminados além de um determinado ponto perdem a capacidade de reter gases e odores.