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Adsorbimento Carbone Attivo

Adsorbimento su carbone attivo

L'adsorbimento è un processo dove un solido è usato per la rimozione di una sostanza solubile dall'acqua. In tale processo il carbone attivo è il solido. Esso è prodotto specificamente in modo da avere una superficie interna molto grande (500 - 1500 m2/g). Questa elevata superficie interna rende il carbone attivo ideale per l'adsorbimento. Il carbone attivo esiste in due varianti: Carbone Attivo in Polvere (PAC) e Carbone Attivo Granulare (GAC). La versione GAC è usata principalmente nel trattamento delle acque, può adsorbire le seguenti sostanze solubili:

Datasheet Carbone Attivo

  • Adsorbimento di sostanze organiche non polari come:
    • Oli minerali
    • BTEX
    • Idrocarboni poliaromatici (PACs)
    • Fenocloridi
  • Adsorbimento di sostanze alogenate: I, Br, Cl, H e F
  • Odore
  • Sapore
  • Lieviti
  • vari prodotti di fermantazione
  • Sostanze non polari (sostanze non solubili in acqua)

Esempi dell'uso di carbone attivo in diversi processi:

  • Depurazione dell'acqua freatica
  • Declorazione dell'acqua di processo
  • Depurazione dell'acqua di piscine
  • Rifinitura degli effluenti gia' trattati

Descrizione del processo:

L'acqua è pompata in una colonna contenente carbone attivo e lascia la colonna attraverso un sistema di scarico. L'attività di una colonna attiva di carbone dipende dalla temperatura e dalla natura delle sostanze. L'acqua passa costantemente attraverso la colonna, cio' produce un'accumulazione delle sostanze nel filtro. Per tale motivo il filtro deve essere periodicamente sostituito. Un filtro utilizzato può essere rigenerato in diversi modi, il carbone granulare può essere rigenerato facilmente ossidando la materia organica. L'efficienza del carbone attivo diminuisce da 5 - 10%. Una piccola parte del carbone attivo viene distrutta durante il processo di rigenerazione e deve essere sostituita. Se si lavora con piu' colonne in serie, sicuramente non si avra' mai un esaurimento totale del sistema di depurazione.

Descrizione dell'adsorbimento:

Le molecole dalla fase liquida o gassosa sono fissate in modo fisico ad una superficie, in questo caso la superficie appartiene al carbone attivo. Il processo di adsorbimento avviene in tre fasi:

  • Macro-trasporto: movimento di materiale organico attraverso il sistema di macro-pori del carbone attivo (macro-poro > 50nm)
  • Micro-trasporto: movimento di materiale organico attraverso il sistema di micro-pori e meso-pori del carbone attivo (micro-oro < 2nm; meso-poro 2-50nm)
  • Assorbimento: attaccamento fisico di materiale organico sulla superficie del carbone attivo nei suoi meso-pori e micro-pori

Il livello di attività dell'adsorbimento è basato sulla concentrazione della sostanza nell'acqua, la temperatura e la polarità della sostanza. Una sostanza polare (= una sostanza che è ben solubile in acqua) non può essere rimossa dal carbone attivo o e' rimossa male, una sostanza non polare può essere completamente rimossa dal carbone attivo. Ogni tipo di carbone ha propria isoterma di adsorbimento
(vedi figura 1) e nel settore di trattamento delle acque tale isoterma è definita dalla funzione di Freundlich.

Funzione di Freundlich:
x/m = sostanza adsorbita per grammo di carbone attivo
Ce = differenza di concentrazione (prima e dopo)
Kf, n = costanti specifiche

La seconda curva del carbone attivo (vedi figura 2) mostra l'esaurimento di un filtro. Normalmente si mette una unita' di disinfezione UV dopo la colonna di carbone attivo.

Che differenza c'e' tra adsorbimento e assorbimento??

Quando una sostanza è fissata ad una superficie è si dice adsorbimento, questo e' il caso in cui la sostanza è fissata alla superficie interna del carbone attivo. Quando una sostanza è assorbita in un mezzo diverso si dice assorbimento: per esempio quando un gas si perde in una soluzione si dice assorbimento.

Bron: http://www.aapspharmscitech.org/scientificjournals/pharmscitech/volume2issue1/056/manuscript.htm Figura 1 mostra un'isoterma specifica di adsorbimento per il carbone attivo. Sull'asse orizzontale si trova la concentrazione e sull'asse
verticale la quantità di carbone necessaria.
Potete usare questo genere di grafici per ottimizzare la vostra colonna.

La figura 1 e' tratta da: http://www.aapspharmscitech.org/scientificjournals/
pharmscitech/volume2issue1/056/manuscript.htm

Figure 2 mostra l'esaurimento di una colonna durante l'uso. nel punto C3 la colonna inizia a rompersi e vicino al punto C4 la colonna non e' piu' pura. Tra il punto C3 e C4 bisogna rigenerarla.

La figura 2 e' tratta da: http://www.activated-carbon.com


Fattori che influenzano le prestazioni del carbone attivo in acqua:

  • Tipo di composto da rimuovere. Sono meglio assorbiti composti aventi elevato peso molecolare e bassa solubilita'.
  • Concentrazione del composto da rimuovere. Maggiore e' la concentrazione, maggiore e' il consumo di carbone.
  • Presenza di altri composti organici che competono per i siti di adsorbimento disponibili.
  • Il pH del flusso refluo. Per esempio, composti acidi sono rimossi piu' facilmente con pH piu' bassi.

Secondo tali fattiri possiamo classificare alcune sostanze chimiche secondo la loro probabilita' di essere efficacemente assorbiti da carbone attivo in acqua:

1.- Sostanze chimiche a molto elevata probabilita' di assorbimento da carbone attivo:

2,4-D

Deisopropilatrazina

Linurone

Alacloro

Desetilatrazina

Malatione

Aldrina

Demeton-O

MCPA

Antracene

Di-n-butilftalato

Mecoprop

Atrazina

1,2-Diclorobenzene

Metazacloro

Azinfos-etile

1,3-Diclorobenzene

2-Metil benzenammina

Bentazone

1,4-Diclorobenzene

Metil naftalina

Bifenile

2,4-Diclorocresol

2-Metilbutano

2,2-Bipiridina

2,5-Diclorofenolo

Monurone

Bis(2-Etilessil)Ftalato

3,6-Diclorofenolo

Naftalina

Bromacil

2,4-Diclorofenossi

Nitrobenzene

Bromodiclorometano

Dieldrina

m-Nitrofenolo

p-Bromofenolo

Dietilftalato

o-Nitrofenolo

Butilbenzene

2,4-Dinitrocresolo

p-Nitrofenolo

Calcio Ipoclorito

2,4-Dinitrotoluene

Ozono

Carbofurano

2,6-Dinitrotoluene

Paratione

Cloro

Diurone

Pentaclorofenolo

Diossido di cloro

Endosulfano

Propazina

Clorobenzene

Endrina

Simazina

4-Cloro-2-nitrotoluene

Etilbenzene

Terbutryn

2-Clorofenolo

Ezaclorobenzene

Tetracloroetilene

Clorotoluene

Ezaclorobutadiene

Triclopyr

Crisene

Exano

1,3,5-Trimetilbenzene

m-Cresolo

Isodrina

m-Xilene

Cianazina

Isoottano

o-Xilene

Cicloexano

Isoproturone

p-Xilene

DDT

Lindano

2,4-Xilenolo

2.- Sostanze chimiche a elevata probabilita' di assorbimento da carbone attivo:

Aniline

Dibromo-3-chloropropane

1-Pentanol

Benzene

Dibromochloromethane

Phenol

Benzyl alcohol

1,1-Dichloroethylene

Phenylalanine

Benzoic acid

cis-1,2- Dichloroethylene

o-Phthalic acid

Bis(2-chloroethyl) ether

trans-1,2- Dichloroethylene

Styrene

Bromodichloromethane

1,2-Dichloropropane

1,1,2,2-Tetrachloroethane

Bromoform

Ethylene

Toluene

Carbon tetrachloride

Hydroquinone

1,1,1-Trichloroethane

1-Chloropropane

Methyl Isobutyl Ketone

Trichloroethylene

Chlorotoluron

4-Methylbenzenamine

Vinyl acetate

3.- Sostanze chimiche a moderata probabilita' di assorbimento da carbone attivo*:

Acido acetico

Dimetoato

Metionina

Acrilamido

Etil acetato

Metil-tert-butil estere

Cloroetano

Etil estere

Metil etil chetone

Cloroformio

Freon 11

Piridina

1,1-Dicloroetano

Freon 113

1,1,2-Tricloroetano

1,2-Dicloroetano

Freon 12

Vinil cloruro

1,3-Dicloropropene

Glifosato

Dikegulac

Imazipur

*(For this chemicals active carbon is only effective in certain cases).

4.- Sostanze chimiche a bassa probabilita' di adsorbimento da carbone attivo. Potrebbe comunque essere un'alternativa efficace in certi casi, come per concentrazioni o flussi ridotti:

Acetone

Cloruro Metilene

Acetonitrile

1-Propanolo

Acrilonitrile

Propionitrile

Dimetilformaldeide

Propilene

1,4-Dioxano

Tetraidrofurano

Isopropil alcohol

Urea

Metil coluro

Fattori che influenzano le prestazioni del carbone attivo in aria:

  • Tipo di compasto da rimuovere: in generale, composti con alto peso molecolare, basso vapore di fusione/alto punto di ebollizione e alto indice di rifrazione sono meglio adsorbiti.
  • Concentrazione: maggiore e' la concentrazione, maggiore e' il consumo di carbone.
  • Temperatura: piu' bassa e' la temperatura, migliore e' la capacita' di adsorbimento.
  • Pressione: maggiore e' la pressione, migliore e' la capacita' di adsorbimento.
  • Umidita': minore e' l'unidita', migliore e' la capacita' di adsorbimento.

Se vuoi sapere se una certa sostanza chimica puo' essere efficacemente rimossa, contattaci.

Maggiori informazioni sulla rigenerazione del carbone attivo.

1) fonte: Wastewater Engineering; Metcalf & Eddy; third edition; 1991; page 317

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