Carvão ativado

Microscopia de campo claro de carvão ativado granulado. A estrutura frágil das partículas de carvão indica o enorme tamanho da superfície. Cada partícula na imagem, com cerca de 0,1 mm de diâmetro, tem uma área de superfície de vários centímetros quadrados.

Microscopia eletrônica de varredura de uma pelota de carvão ativado

Carvão ativado , brevemente carvão ativado , também carvão vegetal medicinal ( latino medicinalis carbo ), é porosa, de grão fino de carbono com uma grande área de superfície interna , que como adsorvente entre outras coisas, em química , medicina , tratamento de água potável , tratamento de águas residuais e ventilação - e sistemas de ar condicionado são usados. O carvão ativado é usado granulado ou prensado em forma de comprimido (carvão completo). Ele também serve como um material transportador para catalisadores para catálise heterogênea .

propriedades

O carvão ativado é inflamável e consiste principalmente em carbono (principalmente> 90%) com uma estrutura altamente porosa . Os poros são abertos e conectados uns aos outros como uma esponja . A superfície interna tem entre 300 e 2.000 m ² / g de carbono, então a superfície interna de quatro gramas de carvão ativado corresponde aproximadamente à área de um campo de futebol . A densidade do carvão ativado está na faixa de 0,2 a 0,6 g / cm ³ .

O tamanho dos poros e a distribuição do tamanho dos poros são divididos em quatro ordens de magnitude: submicroporos (<0,4 nm), microporos (0,1 a 2 nm), mesoporos (também chamados de poros de transição, 2 a 50 nm) e macroporos (> 50 nm) .

Macro e mesoporos são as vias de acesso de gases ou líquidos para o interior dos carvões e estão essencialmente envolvidos em processos de difusão e transporte de materiais para áreas mais profundas do grão. A maior parte da adsorção ocorre na superfície dos microporos. O tamanho desta área determina a superfície efetiva e, portanto, as propriedades de adsorção de um carvão. Os dados a seguir mostram o tamanho da superfície interna em relação ao volume de um carvão ativado. No caso de um cubo com um comprimento de aresta de 1 cm, a superfície interna excede a superfície externa por um fator de mais de 100.000.

Em princípio, a capacidade de adsorção de um composto aumenta com ele

• aumento do peso molecular
• aumento do número de grupos funcionais, como ligações duplas ou ligantes de halogênio
• aumentando a polarizabilidade da molécula.

Número de iodo

O carvão ativado adsorve principalmente moléculas menores. O número de iodo é o parâmetro decisivo para a capacidade de adsorção de um carvão ativado. A ativação do carvão ativado é medida. A capacidade de adsorção é freqüentemente expressa em mg / g. Este é o procedimento padrão para aplicações de líquidos.

O número de iodo é definido como o número de miligramas de iodo que é adsorvido por um grama de carvão ativado. Normalmente, os tratamentos de água têm um número de iodo de 600-1100. Este parâmetro também é usado para medir a utilização de carvão ativado. No entanto, isso só pode ser recomendado se o adsorbato estiver livre de interações químicas e a correlação entre o número de iodo e o grau de exaustão tiver sido comprovada para o campo de aplicação desejado.

Número de melaço

Outros tipos de carvão ativado são mais eficientes na absorção de moléculas maiores. O número de melaço indica a eficiência da adsorção de moléculas maiores. Um alto número de melaço corresponde a uma alta adsorção de moléculas maiores.

Agente de bronzeamento

Os taninos são uma mistura de moléculas grandes e médias. O carvão ativado em combinação com macro e mesoporos adsorve taninos. A eficiência de adsorção dos taninos é medida em partes por milhão. Os valores registrados variam entre 200 ppm-362 ppm.

Decloração / decloração

O carvão ativado também pode contribuir para a descloração. A meia-vida para decloração é o indicador decisivo. Isso mede a eficiência do carvão ativado na remoção do cloro. 

Número de abrasão

O número de abrasão mede a resistência do carvão ativado ao desgaste. Existem grandes diferenças entre os diferentes tipos de carvão ativado. A taxa de abrasão é significativamente influenciada pela matéria-prima original e a ativação. 

Distribuição do tamanho do grão

Quanto mais finas forem as partículas, melhor será o acesso à superfície e mais rápida será sua absorção. Uma boa avaliação do tamanho do grão pode levar a resultados significativamente melhores em termos de desempenho de adsorção. Para adsorção de minerais como ouro, o tamanho da partícula deve estar entre 1,4 e 3,35 mm. Partículas abaixo de 1 mm não seriam mais suficientes para o processo de lavagem. Durante esse processo, os minerais são removidos do carvão ativado. 

Extração

Carvão ativado

O carvão ativado é feito de substâncias vegetais, animais, minerais ou petroquímicas , como marrom , carvão duro ou diversos plásticos . O carvão ativado é um subproduto da produção de hidrogênio usando o processo Kværner . O carvão ativado feito de matérias-primas como madeira , turfa , fibra de coco e casca de noz também é conhecido como biochar . Como carvão animal , lat . carbo animalis é o nome do carvão ativado, que é feito de sangue animal (carvão de sangue) ou de ossos (carvão de osso). Com o carvão de açúcar, um carvão ativado é referido, consistindo de glicose ou outro açúcar como um produto bruto.

Dois métodos podem ser usados ​​para produção e ativação:

• a ativação do gás e
• ativação química

Na produção de ativação química, uma mistura de matéria-prima unverkohltem é tratada com produtos químicos. Isso geralmente é feito através do uso de agentes desidratantes (por exemplo, cloreto de zinco ou ácido fosfórico ) a 500-900 ° C. Outro método é a destilação a seco ( coque ), em que o material é aquecido em uma atmosfera livre de oxigênio e os componentes voláteis são expelidos a temperaturas em torno de 800 ° C. O carvão ativado bruto obtido dessa forma é então ativado por oxidação a 700–1000 ° C com vapor de água ou dióxido de carbono e, em alguns casos, com ar. Nessa ativação , uma parte do carbono é convertida após o processo água-gás em monóxido de carbono , de forma que poros adicionais são formados e a superfície do carvão é aumentada.

Para alguns fins, o carvão ativado é tratado (impregnado) com outros produtos químicos para melhorar o efeito de separação. O carvão do filtro para filtros respiratórios em máscaras de gás é revestido com sais de metal , o que melhora o efeito de separação de muitas toxinas químicas. O carvão ativado com um revestimento de prata é particularmente adequado para filtrar água potável. A contaminação desses filtros durante a operação é amplamente suprimida pela prata.

Areas de aplicação

Um filtro de água: o carvão ativado forma a 4ª camada da parte inferior

Purificação de líquidos e gases

O carvão ativado é usado principalmente como um adsorvente para remover substâncias indesejadas de cor, sabor e odor de gases, vapores e líquidos. Uma grande vantagem dos carvões ativados é que eles podem ser reativados termicamente. Uma reativação biológica também é possível com carvão ativado usado para tratamento de águas residuais.

O carvão ativado é utilizado principalmente na forma de grânulos, pó ou peletizado . Tecidos de carbono ativo também estão disponíveis no mercado.

Pasta de dente com carvão ativado

Por exemplo, o carvão ativado remove:

• Cloro , ozônio e outras substâncias que prejudicam o paladar e o cheiro, bem como bactérias da água, adoçantes, glicerina e líquidos químicos
• Substâncias corantes e contaminantes de fluxos líquidos na indústria química ou alimentícia
• Toxinas do ar (filtros em máscaras respiratórias , sistemas de ventilação para tanques e abrigos, exaustão de ar em sistemas de produção)
• Desnitrificação de gases de combustão de fornos de fusão de vidro, instalações de incineração de resíduos e outros gases de exaustão
• Hexafluoreto de urânio do ar em tecnologia nuclear (produção de combustível)
• Vapores de gasolina do ar de exaustão dos sistemas de tanques
• Hidrocarbonetos clorados do ar de exaustão e gases de exaustão z. B. na lavagem a seco
• Alcatrão da fumaça do cigarro em filtros de cigarro
• sabores indesejados de vodka e outras bebidas espirituosas
• corantes indesejados de rum branco e outras bebidas espirituosas
• Odor de suor em sapatos (devido a palmilhas contendo carvão ativado)
• Subprodutos da fermentação, como óleos fúsel e ésteres de cerveja
• Poluentes em filtros de aquários e lagos
• odores irritantes do ar de exaustão dos sistemas de ventilação
• Poeira fina , pólen e odores no ar de alimentação dos veículos (consulte o filtro do ar para cabine )

• Descoloração dos dentes

No tratamento de águas residuais , o carvão ativado é usado para adsorver constituintes adsorvíveis e dissolvidos de águas residuais (por exemplo, substâncias residuais ) da água. Esta etapa do processo geralmente só é usada quando métodos mais baratos, como processos biológicos, precipitação e floculação , não atingem o objetivo. Este método também pode ser utilizado para a limpeza de fluxos parciais na indústria, com o objetivo de recuperar resíduos. As águas residuais de fábricas de tinturas têxteis contêm corantes que muitas vezes só podem ser removidos por adsorção com carvão ativado. Isso pode ser feito economicamente com carvão ativado regenerado biologicamente.

Outra aplicação importante para carvão ativado é em filtros de ar para cabine para a indústria automotiva. Esta classe de filtro tem sido usada em sistemas de ar condicionado desde meados da década de 1990 . Os chamados filtros combinados (esta é uma classe específica de filtros do ar para cabine) contêm uma camada de carvão ativado, que filtra gases nocivos do ar e, portanto, protege os passageiros desses poluentes. Para esta aplicação, mais de 5.000 toneladas de carvão ativado são processadas anualmente em todo o mundo.

Nas linhas de exaustão de ar de usinas nucleares , filtros de carvão ativado são usados ​​como linhas de retardo para gases nobres radioativos de vida curta . Os gases nobres sofrem - devido à adsorção temporária - as seções do filtro consideravelmente mais lentas do que o resto do ar de exaustão. O decaimento radioativo reduz significativamente a quantidade de gases nobres radioativos no ar de exaustão.

O tratamento de água também faz uso da adsorção em carvão ativado para purificação da água bruta.

Devido à sua alta capacidade de adsorção , o carvão ativado também pode ser usado em bombas de sorção para gerar vácuos .

O carvão ativado tem apenas uma capacidade de carga limitada. A regeneração geralmente ocorre por aquecimento a várias centenas de graus Celsius. Por um lado, parte da carga (por exemplo, solventes orgânicos) evapora, enquanto outra parte também pode coque, caso em que o carvão ativado deve ser reativado com vapor de água, como no processo de produção.

Reativação térmica

Maior usina de reativação do mundo em Feluy , Bélgica

O carvão ativado saturado pode ser reativado por meio de um processo térmico em altas temperaturas (até 900 ° C), por exemplo em fornos rotativos ou fornos multi-deck. Graças à limpeza moderna e intensiva dos gases de combustão , o carvão ativado saturado pode ser reciclado em uma ampla variedade de aplicações.

O processo de reativação completo consiste nas seguintes etapas:

1. Secagem do material até +105 ° C.
2. Evaporação dos componentes voláteis adsorvidos até +300 ° C.
3. Decomposição dos componentes não voláteis adsorvidos em moléculas menores a até +600 ° C, que são decompostas na atmosfera do forno por pirólise em carbono amorfo na superfície interna.
4. Gaseificação de carbono amorfo por meio de vapor acima de 800 ° C.

A reação do carbono amorfo com o vapor de água em altas temperaturas ao monóxido de carbono (CO) e finalmente ao dióxido de carbono (CO ₂ ) cria microporos, que formam a grande superfície específica.

${\ displaystyle \ mathrm {C \ + \ H_ {2} O \ \ longrightarrow \ H_ {2} \ + \ CO}}$

Com o uso racional de matérias-primas naturais através de reactivação, uma redução de CO ₂ emissões por um fator de 5 é conseguido.

Aplicação médica

Na medicina, o carvão ativado é usado principalmente para remover toxinas do trato gastrointestinal. Em doenças diarreicas inofensivas, por ex. B. gripe gastrointestinal ( gastroenterite ), carvão são geralmente usados. Em casos de envenenamento, o carvão ativado é usado em grandes quantidades para remover venenos ingeridos por via oral que estão no trato digestivo ou estão sujeitos a um ciclo enterohepático do organismo. A dosagem em tais casos é de 0,5 a 1 g de carvão por quilograma de peso corporal em um ser humano adulto.

O carvão não ativado, como o carvão de bétula não ativado , também é usado como regulador intestinal .

Use como suporte para catalisadores

Na química, são usados ​​catalisadores baseados em carvão ativado. O carvão ativado serve como um transportador para metais de transição, por exemplo , paládio , platina ou ródio . Uma área típica de aplicação para esses catalisadores é a hidrogenação catalítica .

Use como um eletrodo

O carvão ativado é usado como material de eletrodo em supercapacitores . Devido à superfície extremamente grande desses eletrodos, capacidades muito altas podem ser alcançadas.

Corante

O carvão ativado pode ser um ingrediente da pasta de dentes.

O carvão ativado é utilizado na indústria de alimentos como corante E 153 ( Carbo medicinalis vegetabilis ). E 153 é usado em concentrados de suco de frutas, geleias, geleias, confeitaria e em revestimentos de cera preta para queijo. Apenas carvão ativado de origem biogênica é permitido como aditivo alimentar, por exemplo, de biochar.

Aquecedor de carvão ativado

O carvão ativado também é encontrado em sacos de aquecimento .

Cosméticos

O carvão ativado é adicionado a máscaras faciais, géis de banho e pasta de dente para absorver substâncias indesejadas. No entanto, como estes são removidos após a limpeza de qualquer maneira, o efeito é questionável.

literatura

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Links da web

Wikcionário: carvão ativado  - explicações de significados, origens de palavras, sinônimos, traduções

Evidência individual

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