O que é Carvão ativado?

Confira este guia completo, para saber como funciona o carvão ativado e suas principais aplicações.

Os tópicos que iremos abordar são os seguintes:

1. O que é carvão ativado
2. Para que o carvão ativado é utilizado?
3. Onde você pode comprar carvão ativado?
4. Como funciona o carvão ativado?
5. Que matérias primas podem produzir carvão ativado?
6. Qual é a forma física de um carvão ativado?
7. Como funciona o carvão ativado na descoloração?
8. Qual é o melhor carvão ativado para fins de tratamento de água?
9. Qual é o melhor carvão ativado para purificação de ar e gás?

1. O que é carvão ativado?

O carvão ativado ou carbono ativado é um elemento poroso que aprisiona compostos, principalmente orgânicos, presentes em um gás ou líquido. Ele o faz com tal eficácia que é o agente purificador mais utilizado atualmente.

A propriedade de um sólido para aderir uma molécula fluente a suas paredes é chamada de “adsorção”.

Após a filtração – que se destina a reter os sólidos presentes em um fluido – não há um único processo de purificação com mais versatilidade de aplicações do que o carvão ativado.

2. Para que é utilizado o carvão ativado?

• Purificação da água.

O carbono ativado retém pesticidas, gorduras, óleos, detergentes, subprodutos da desinfecção, toxinas, compostos que produzem cor, compostos produzidos pela decomposição de algas ou metabolismo animal.

• Desodorização e purificação do ar

Por exemplo, em máscaras respiradoras, sistemas de recirculação de ar em espaços públicos, estações de tratamento de água e cabines de pintura.

• Refino de açúcar

O carvão retém as proteínas que dão cor ao caldo de cana.

• Remoção da cor do óleo vegetal

Remove a cor do óleo de coco, glicose de milho e outros líquidos utilizados na indústria alimentícia.

• Desodorização de destilados alcoólicos e remoção de cor

Remove cor e odor dos vinhos de uva e destilados de outras fontes.

• Recuperação de ouro

O ouro que não pode ser separado dos minerais por um processo de flutuação, é dissolvido em cianeto de sódio e adsorvido em carvão ativado.

3. Onde você pode comprar carvão ativado?

Você pode comprar carvão ativado diretamente conosco. Entre em contato conosco pelo telefone 41 3513 4990, e-mail comercial@actcarbon.com ou então acesse https://www.actcarbon.com/contato/.

4. Como funciona o carvão ativado e quais são seus benefícios?

O carvão ativado é um meio de adsorção, sua função é adsorver moléculas orgânicas em seus poros. Ele é ativado através de processos térmicos ou químicos para ampliar sua capacidade de adsorção.

Aqui está uma explicação gráfica simples sobre como funciona o carvão ativado.

Por outro lado, o carvão ativado não é um absorvente, como explicado pelas seguintes imagens:

O que dá ao carvão ativado a propriedade de adsorção, principalmente moléculas orgânicas?

Qualquer partícula de carbono tem a capacidade de adsorver. É por isso que algumas pessoas colocam carbono no refrigerador para eliminar os odores. O mesmo é verdade se você colocar carbono em um recipiente de água: ele remove cor, sabor e odor.

A ativação de um carbono consiste em torná-lo poroso para aumentar sua capacidade de adsorção. Um grama de carbono tem uma superfície de cerca de 50 m². Com o processo de ativação, ele atinge valores usuais de 600 ou 1000 m². Ou seja, ele aumenta entre 12 e 16 vezes.

• Átomos de carbono.

Os átomos de carbono que formam um sólido que chamamos de “carbono” estão ligados entre si por laços covalentes. Cada átomo compartilha um elétron com quatro outros átomos.

Os átomos que não estão na superfície distribuem suas quatro ligações em todas as direções. Mas os átomos de superfície, embora estejam ligados a outros quatro átomos, são forçados a fazê-lo em menos espaço, e um desequilíbrio de forças permanece neles. Este desequilíbrio é o que os leva a aprisionar uma molécula do fluido que envolve o carbono.

• Força de London.

A força com a qual o átomo de carbono superficial prende o outro, é chamada de “Força de London”, que é um dos sete tipos de “Forças Van de Waals”. É considerada uma ligação físico-química, suficientemente forte para reter o adsorvato, mas não tão forte a ponto de ser considerada uma ligação química irreversível que forma uma nova estrutura molecular. Portanto, a adsorção é reversível e o carvão ativado pode ser reativado para uso novamente.

Como dissemos, as moléculas que adsorvem o carbono tendem a ser covalentes; não iônicas, pois estas últimas tentariam roubar ou doar elétrons para os átomos de carbono. As ligações entre átomos de carbono e hidrogênio são covalentes, e é por isso que o carbono é um bom adsorvente de moléculas orgânicas.

Nem todas as moléculas orgânicas tendem a ser covalentes. Elas geralmente contêm oxigênio, enxofre e outros átomos de alta eletronegatividade, que dão uma tendência iônica à parte da molécula que as contém. Por outro lado, nem todas as moléculas inorgânicas tendem a ser iônicas; há também aquelas com uma tendência covalente. É o caso do dicianeto de ouro, que faz do carvão ativado uma parte essencial do processo de extração deste metal precioso.

5. De quais matérias-primas é possível obter um carbono ativado?

Em teoria, qualquer partícula de carbono poderia ser ativada. Entretanto, se o carbono for muito ordenado (como é o caso do diamante ou grafite), é difícil remover alguns átomos de carbono para gerar poros.

Uma forma de classificar os carbonos, é baseada no grau de “coqueificação” ou ordenação de seus átomos de carbono.

6. Qual é a forma física de um carbono ativado

O carbono pode ser produzido sob a forma de pó, grânulos ou peletizado.

O pó é geralmente aplicado na purificação de líquidos, o carvão é dosado em um tanque com agitação e depois separado do líquido por meio de um filtro adequado para reter pequenas partículas (como o filtro prensa).

No caso do carvão granular, ele é produzido em diferentes faixas de partículas, que são especificadas com base no tamanho da partícula ou no número da malha. Elas são aplicadas tanto na purificação de líquidos como de gases.

Os carvões ativados peletizados são normalmente aplicadas no tratamento de gases, pois seu formato cilíndrico produz uma menor queda de pressão.

• Como o carvão é ativado?

O carbono pode ser ativado por processos térmicos ou químicos. Os processos térmicos consistem em provocar uma oxidação parcial do carbono, para conseguir que os poros sejam formados, mas evitando que ele se gaseifique e perca mais carbono do que o necessário. Isto ocorre a temperaturas entre 600 e 1100 °C, e em uma atmosfera controlada (alcançada pela injeção de uma quantidade apropriada de vapor de água ou nitrogênio).

Os processos químicos começam a partir da matéria prima antes de ser carbonizada. Os reagentes são agentes desidratantes (como o ácido fosfórico) que quebram as ligações que ligam as cadeias de celulose. Após esta etapa, o material é carbonizado a uma temperatura relativamente baixa (cerca de 550 °C) e depois lavado para remover os resíduos de reagentes e outros subprodutos.

Os fornos nos quais um carbono é ativado termicamente ou nos quais um carbono previamente tratado com um produto químico é carbonizado, podem ser rotativos ou verticais.

7. Como funciona o carvão ativado na descoloração?

A descoloração é um mecanismo complicado que pode seguir diferentes caminhos de reação nos quais o carbono ativado pode intervir como um reativo ou catalisador.

Cloro livre pode ser adicionado à água sob a forma de gás cloro, solução de hipoclorito de sódio ou mesas de hipoclorito de cálcio (grânulos).

Em qualquer um destes casos, o cloro é dissolvido na forma de ácido hipocloroso (HOCl), um ácido fraco que tende a se dissociar parcialmente.

A distribuição entre o ácido hipocloroso e o íon hipoclorito depende do pH e da concentração. Ambas as formas moleculares são definidas como cloro livre.

Ambos são oxidantes fortes que quando adicionados à água reagem quase imediatamente com impurezas orgânicas e inorgânicas, e exercem um efeito biocida sobre os microorganismos.

O cloro que reage e aquele que intervém nesta etapa de desinfecção, deixa de ser livre e permanece combinado. Uma vez concluída esta etapa, é necessário eliminar o cloro livre residual, por meio de carvão ativado granular.

Quando o carbono é exposto ao cloro livre, ocorrem reações nas quais o HOCl ou OCl é reduzido ao íon cloreto. Esta redução é o resultado de diferentes caminhos de reações possíveis. 

• Que tipo de carbono é mais adequado para o clareamento?

As cores que aparecem nos líquidos são geralmente moléculas relativamente grandes. Portanto elas são adsorvidas em carbonos ativados com porosidade predominantemente macroporosos.

Os carvões de madeira, particularmente aqueles de madeira pouco dur,  são os mais macroporosos e, portanto, os mais adequados para descoloração.

8. Que tipo de carvão ativado é o mais adequado para purificar água?

Os contaminantes normalmente presentes na água são geralmente de baixo peso molecular e, para estes casos, o carbono mais adequado é aquele com alta microporosidade.

• Por que o pH da água varia quando um carbono virgem é instalado?

Quando um carbono é ativado quimicamente, é impraticável e desnecessário para o fabricante remover todo o produto químico utilizado do produto final. Portanto, se o produto químico for um ácido, ele irá baixar o pH dos primeiros litros de água que entram em contato com o carbono. O oposto ocorrerá se o produto químico utilizado for um álcali.

No caso do carvão ativado termicamente (sem a presença de produtos químicos que não sejam vapores de água e gases de combustão), o pH dos primeiros litros de água tratados com ele aumenta.

Isto porque todos os vegetais possuem quantidades significativas de sódio, potássio, cálcio e outros catiões que, no processo de carbonização, permanecem no carbono sob a forma de óxidos. Estes óxidos são convertidos em hidróxidos quando entram em contato com a água, dissolvem-se na água e aumentam seu pH.

Quando o pH dos primeiros litros de água que entram em contato com um carbono não muda, ele pode ser um carbono com pH ajustado ou um carbono ultrapuro (livre de solubilidade).

9. Que tipo de carvão ativado é mais adequado para purificar ar e gases?

Todos os contaminantes no estado gasoso têm diâmetros moleculares inferiores a 2 nm. Isto significa que eles são preferencialmente adsorvidos em microporos.

Há carbonos ativados de estrutura modificada, carbonos ativados especiais, que são usados quando um carbono ativado padrão não pode reter outros compostos não orgânicos.

Na ACT, somos fabricantes e especialistas em carvão ativado. Você pode verificar os diferentes tipos de carvão ativado que temos aqui. Caso fique com qualquer dúvida, lhe convidamos a entrar em contato conosco!

 

Fonte: Carbotecnia