Sisteme adsorbante, cărbunele activ animal și vegetal

I. Introducere. Generalități

Cărbunele activ este adsorbantul universal cel mai puternic, folosit pe plan mondial pentru purificarea și eliminarea poluanților organici din fluidele lichide sau gazoase. Cărbunele activ are cele mai puternice capacități de adsorbție, sau cel mai mare volum de porozitate de adsorbție dintre toate materialele cunoscute până în

prezent. Comportarea acestuia în procesul de utilizare depinde de caracteristicile sale structurale, care îi conferă caracteristici adecvate pentru o varietate de aplicații.

Datorită principiului de absorbție, cărbunii activi au o puternică putere de a adsorbi substanțele de pe suprafața lor de acțiune.

Unul din factorii care influențează capacitatea de adsorbție, în afara caracteristicilor specifice materialele cu care intră în contact, este suprafața. Suprafața specifică, și anume raportul dintre masa și suprafața, asupra căreia acționează carbonul activ este mare.

Capacitatea de adsorbție a cărbunelui era cunoscută cu mult timp în urmă, în epoca renascentistă apa fiind lăsată să curgă peste o suprafață de cărbuni pentru a-i îmbunătăți claritatea și gustul. Măștile de gaz din primul război mondial erau căptușite cu cartușe din cărbuni activi, astfel că în caz de otrăvire prin ingerare, în afara clasicelor spălături gastrice, se administra și cărbuni activi. Eficiența lor înceta atunci când structura externă a carbonului era saturată, acesta nemaiputând să absoarbă. Există posibilitatea regenerării cărbunilor activi. Un jet de vapori saturați într-o cantitate și în perioada stabilită, spăla cărbunii activi. Vaporul elimină poluanții, care trebuiesc recuperați printr-o distilare fracționată. Cărbunele activ este un produs pentru distilare uscată la temperaturi cuprinse între 400 si 600 °C, în mediu anaerob, de reziduuri vegetale, anumite rumegușuri, coji de migdale, nuci. În funcție de tipul de proveniență pot avea diferite caracteristici atât ca putere de adsorbție ci și ca siguranța în utilizare Materia primă este tratată prin porcedee succesive înainte de a fi introdusă în câmpul tehnic.

Cărbunele produs în stadiu de pulbere este destinat ciclurilor de spălare care pot fi pe bază de apă, de solvenți acizi sau altceva. Scopul este de a diminua cât mai mult riscul de mișcare moleculară din materie în contact cu fluidul de epurat. Utilizarea cărbunilor activi în domeniul tratării apei pentru epurare sau a fi potabilă, este indincată atunci când substanțele dăunătoare sunt de origine organică sau compuși pe bază de clor. În practici diferite utilizarea cărbunilor activi prezintă limite. O dimensionare adecvată va evidenția eficiența sistemului garantat pentru folosirea lor. Aspectul referitor la proliferarea bacteriologică în interiorul cărbunilor activi trebuie tratat cu mare atenție. Structura lor poroasă și originea lor vegetală fac din cărbunii activi un mediu optim de răspândire a florei bacteriene.

Prin adsorbţie se înţelege creşterea concentraţiei unei substanţe la interfaţa a două faze (solid - lichid, lichid - lichid, solid - gazos etc.). Aceasta apare sub influenţa diferenţei de intensitate a forţelor care se exercită între particulele ce formează interfaţa. Natura acestor forţe variază de la foarţe slabe de natură fizică care provoacă o adsorbţie slabă, adsorbţie fizică, până la foarţe care prin intensitate se apropie de legătura chimică - chimiosorbţie. Adsorbţia este cu atât mai mare cu cât suprafaţa materialului adsorbant este mai mare (dimensiunile particulelor mai mici). Adsorbţia mai depinde şi de încărcarea electrică atât a particulei de adsorbant cât şi a moleculelor substanţelor adsorbite. Ca medii adsorbante se pot folosi: praful de cărbune, diferite soluri fin pulverizate, precum şi geluri coloidale, cum este hârtia de filtru.

Adsorbţia pe sorbenți solizi poate constitui unul din cele mai eficiente procedee de epurare avansată a apelor de substanţe organice solubile şi poate fi aplicată atât la tratarea (purificarea) apelor de suprafaţă cât şi la epurarea apelor reziduale. Procedeul se poate aplica independent sau asociat cu epurarea biologică. Totodată, după caz poate fi utilizat ca un procedeu de epurare sau ca un procedeu de epurare finală sau avansată.

Avantajele procedeului: posibilitatea reţinerii impurificatorilor din amestecuri policomponente, eficienţă ridicată de epurare, îndeosebi la concentraţii foarte scăzute ale poluanţilor. Adsorbţia poluanţilor pe sorbenţi solizi este rezultatul trecerii moleculelor substanţei dizolvate din lichid pe suprafaţa sorbentului sub acţiunea câmpului de forţe de la interfaţă, care înving interacţiunile de hidratare din soluţie. Procedeul este raţional pentru epurarea apelor reziduale, dacă în ele sunt conţinute predominant substanţe aromatice, neelectroliţi sau electroliţi slabi, coloranţi, compuşi saturaţi sau hidrofobi (compuşi cloruraţi sau cu grupe nitro) ş.a. Procedeul nu este indicat la o impurificare excesivă anorganică sau la impurificările cu alcooli inferiori.

Cărbunele activ, de diferite sorturi, este unul din cei mai eficienţi sorbenţi pentru epurarea apelor. În general, ca sorbenţi se mai pot folosi diverse materiale artificiale şi naturale ca: cenuşă, cocs mărunţit, tuf vulcanic, silicagel, argile active, polimeri poroşi ş.a. Structura microporoasă condiţionează capacitatea de adsorbţie iar macroporii constituie canale transportoare.