Vilken aktiverad kol fungerar bäst för borttagning av inomhusförekommande VOC?

Vad är flyktiga organiska föreningar (VOC) och varför de är viktiga för inomhusluftens kvalitet

VOC, eller flyktiga organiska föreningar, är i grunden kolbaserade kemikalier som har benägenhet att avdunsta vid normala temperaturer. Vi hittar dem som avgår från saker som färgburkar, rengöringssprayar under diskhon, ny möbel, och till och med vissa byggmaterial som används under konstruktion. Problemet är att dessa luftburna kemikalier faktiskt försämrar vår inomhusluft och kan orsaka olika hälsoproblem. Människor kan få huvudvärk eller känna sig yr direkt, men det finns även bevis som kopplar långvarig exponering till andnings- och hjärnfunktionssjukdomar. Med tanke på att de flesta människor i Amerika enligt EPA:s rapport från 2023 tillbringar cirka 90 procent av sina liv inomhus, innebär detta att VOC blir något allvarligt att ta hänsyn till både hemma och på kontor över hela landet.

Hur aktiverad kol fungerar: Vetenskapen bakom adsorption för borttagning av inomhus-VOC

Aktiverad kol fungerar genom att binda VOC:er med hjälp av så kallad adsorption. Gasmolekyler fastnar helt enkelt på kolmaterialets yta eftersom det har otaliga mikroskopiska hål. En enda gram innehåller tusentals mikroskopiska porer i storlekar från under 2 nanometer upp till cirka 50 nanometer. Dessa porer ger aktiverat kol en enorm ytarea mellan 1 000 och 3 000 kvadratmeter per gram, vilket motsvarar ungefär 2 till 5 fullskaliga tennisbanor! Materialet fångar skadliga ämnen som exempelvis formaldehyd, som är cirka 0,45 nanometer i diameter, och bensen vid ungefär 0,6 nanometer. Detta sker tack vare svaga attraktionskrafter, så kallade van der Waals-krafter, samt viss direkt kemisk bindning. Det finns en skillnad mellan detta och vanlig absorption, där ämnen löses upp i något annat. Vid adsorption fäster molekylerna sig direkt till filtermaterialet.

Varför kemisk filtrering är nödvändig för gasformiga föroreningar i hem och kontorslokaler

Standard HEPA-filter fångar partiklar men tar inte bort gasformiga VOC. Studier visar att aktvkoltfilter kan eliminera 60–90 % av luftburna kemikalier inom 48 timmar. Denna kemiska filtrering är avgörande i miljöer med ny möbel, rengöringsmedel eller förbränningskällor, där nivåerna av VOC kan vara 2–5 gånger högre än utomhus.

Porgstruktur och ytarea: Hur de påverkar VOC:s adsorptionsgrad

Mikroporer kontra mesopor: Anpassning av porestorlek till VOC:s molekyldimensioner

Hur väl aktivt kol tar bort inomhusförekommande VOC:er beror i själva verket på om dess porer matchar föroreningsämnenas storlek. Små porer under 2 nanometer fungerar utmärkt för att fånga små VOC:er som formaldehyd, som är ungefär 0,45 nm i diameter. Större porer i intervallet 2 till 50 nm är bättre lämpade för att fånga större molekyler såsom toluen, som är cirka 0,67 nm i storlek. En studie från 2022 i tidskriften Building and Environment visade också något intressant angående benseneremoveering. De upptäckte att maximal adsorption sker när det finns ungefär 0,6 till 0,9 nm mikroporutrymme tillgängligt. Det är mycket viktigt att få detta rätt eftersom det skapar vad som kallas en molekylär sieving-effekt. När allt stämmer överens fångas fler föroreningar utan att någon av kols absorptionskapacitet slösas bort.

Yta och dess samband med filtereffektivitet för avlägsnande av inomhusförekommande VOC:er

Mängden utrymme som finns tillgängligt på en kolfilters yta påverkar direkt hur många VOC-molekyler det kan fånga upp. Kolfilter med BET-ytor över 1000 kvadratmeter per gram visar generellt sett ungefär 40 procent bättre förmåga att binda vanliga inomhusföroreningar. Tänk på detta: varje gram av sådan aktiverad kol har ungefär samma yta som 1,5 tennisbanor tillsammans. Denna enorma yta skapar många platser där gasformiga föroreningar kan fastna. Laboratorietester visar att dessa kol med stor ytarea kan ta bort cirka 98 % av VOC:er, inklusive ämnen som limonen och xylen, när förhållandena är idealiska. Vad som händer i praktiken beror dock till stor del på faktorer som luftflödeshastigheter och fuktnivåer i miljön.

Datainsikt: BET-ytor som överstiger 1000 m²/g förbättrar borttagning av inomhus-VOC:er

Tester har visat att kolmaterial med BET-ytor på över 1200 kvadratmeter per gram kan hålla kvar ungefär 92 % av flyktiga organiska föreningar när koncentrationerna är under 1 del per miljon volym. Det är ganska imponerande jämfört med endast 68 % återhållning hos material med en yta på 800 kvadratmeter per gram. Varför sker detta? Tja, dessa bättre resultat beror på hur väl porerna är sammanbundna inom materialstrukturen. När porer är bättre anslutna uppstår mindre motstånd för molekyler som försöker binda till ytan under adsorptionsprocesser. Högpresterande filter tillverkade med sådana material håller vanligtvis mellan sex och nio månader i hem, vilket är cirka 30 % längre än vad som ses med vanliga filteralternativ på marknaden idag. Även om de kan kosta mer från början finner de flesta hushåll att dessa filter faktiskt sparar pengar på lång sikt eftersom utbyten inte behövs lika ofta.